(b. Bollington, nära Macclesfield, England, 20 oktober 1891; d. Cambridge, England, 24 juli 1974)

fysik.

Chadwick var son till J. J. Chadwick. som hade en tvättstuga i Manchester, och Ann Mary Knowles. Efter att ha deltagit i Manchester Municipal Secondary School vann han ett stipendium till Manchester University, där han studerade fysik under Ernest 0. Rutherford. Han tilldelades en förstklassig examen 1911, sedan accepterades av Rutherford som en forskningsstudent för M.Sc. – herr talman!, Vid denna tid Institutionen för fysik vid Manchestervar på sin höjd, för förutom Rutherford dess personal ingår Hans Geiger. Ernest Marsden, Charles Galton Darwin, György Hevesy, och Henry G. J. Moseley. liksom, för ett tag, Niels Bohr. Rutherford och Bohr atomer båda datum från denna period. År 1913 gick Chadwick till jobbet med Geiger i Berlin och var fortfarande där när kriget bröt ut följande år. Han blev internerad fram till krigets slut 1918.,

internering hindrade inte Chadwick från att driva vetenskapliga intressen—han fick till och med besöka tyska vetenskapliga kollegor-men materialet var grundläggande och litteraturen obefintlig: vetenskapen var mer av ett stöd till överlevnad än något annat. År 1918 återvände han till Manchester och ett jobb med Rutherford, flyttade till Cambridge med honom när han utsågs till Cavendish Professor 1919., År 1921 valdes Chadwick till ett forskningssamarbete vid Gonville och Caius College, och följande år utsågs han till biträdande chef för forskning under Rutherford vid Cavendish Laboratory, en post finansierad av Institutionen för vetenskaplig och industriell forskning för att ta en del av lasten utanför Rutherford, för de kommande tretton åren tog Chadwick dag till dag ansvarig för all forskning vid vad som då var det ledande laboratoriet inom experimentell atomfysik och kärnfysik. Han bidrog också väsentligt till denna forskning, ofta i samarbete med andra., På grund av hans administrativa uppgifter hade han ingen undervisningsbelastning. År 1925 gifte han sig med Eileen Stewart-Brown; de hade tvillingdöttrar.

Chadwicks förhållande till Rutherford verkar ha varit generellt mycket bra, men i början av 1930-talet tog utvecklingen av kärnfysik med sig utsikterna till ett strid. Chadwick trodde att cyklotronpartikelacceleratorn som uppfanns av Ernest Lawrence snabbt skulle bli ett viktigt verktyg för kärnfysikforskning, och han ville ha en i Cambridge, Rutherford vägrade att ha en. 1935 bestämde man sig för att det var dags att flytta., Chadwick accepterat Lyon Jones ordförande i fysik vid Liverpool University. Under de närmaste åren byggde han upp fysikavdelningen, som nästan hade upphört att existera som ett forskningscenter, med en cyklotron som dess mittpunkt.

när andra världskriget bröt ut 1939 befann sig Chadwick igen i Europa, men den här gången kunde han återvända till England, under de närmaste fyra åren delade han sin uppmärksamhet mellan universitetet och regeringstjänsten, med den senare alltmer dominerande., I slutet av 1943 flyttade han till USA för att ta hand om den brittiska delen av atombombprojektet. Chadwick återvände till Liverpool 1946 och återupptog arbetet med att bygga upp fysikavdelningen, 1948 erbjöds han mästerskapet i Gonville och Caius College, Cambridge, som han bestämde sig för att acceptera. Han verkar ha känt att hans skuld till college, som hade varit mycket snäll mot honom när han först kom till Cambridge, uppvägde hans preferens för att vara aktiv i fysiken. Beslutet kanske inte har varit en klok, men för college politik ledde till hans avgång 1958., Han drog sig tillbaka till norra Wales men återvände till Cambridge 1969 för att vara nära sina döttrar.

Chadwicks tidiga forskning, tilldelad honom av Rutherford, handlade om gamma-rayabsorption; först med dess användning som ett precisionstest av radiumstandarder och sedan med tillämpningar av den metod som utarbetats för standardisering. Han undersökte exciteringen av gammastrålar genom betastrålar (elektroner) och sedan genom alfastrålar (heliumkärnor), den senare i samarbete med radiokemisten A. S. Russell. I båda fallen bekräftades excitationen., I Berlin med Geiger bestämde Chadwick sig för att bestämma genom direkt observation, med hjälp av en primitiv Geigerpunkträknare, de relativa intensiteterna hos de diskreta linjerna som Rutherford och Robinson observerade i radioaktiva betaray spectra. Även om han kunde identifiera några av de mest intensiva av de observerade linjerna, fann han också ett kontinuerligt spektrum vid sidan av den diskreta. Han försökte ändra detektionsapparaten, men detta bekräftade bara slutsatsen., Resultatet kom som en fullständig överraskning och kunde inte lätt förklaras teoretiskt, men det var en tydlig indikation på Chadwicks experimentella skicklighet. Både spectra och förhållandet mellan dem blev ett viktigt problem i atomfysik och kärnfysik.

Efter att ha flyttat med Rutherford till Cambridge återupptog Chadwick forskning som påbörjades före kriget. Han arbetade, som tidigare, under Rutherfords ledning, effektivt leverera sina egna lösningar på mästarens problem., En av hans första uppdrag var att använda bestämningen av alfa-ray spridning sannolikheter för att bekräfta van den Broeks hypotes att kärnladdning av en atom på Rutherford-Bohr-modellen var densamma som den kemiska atomnummer. Chadwick bekräftade hypotesen för platina med en noggrannhet inom 1 procent och för silver och koppar med något mindre noggrannhet. 1921, arbetar med E. S., Bieler, han tillämpade samma experimentella arrangemang för att studera spridningen av alfa partiklar av väte i ark av paraffinvax. Med hjälp av vätgas hade Rutherford redan noterat skillnader mellan teori och experiment.den mer sofistikerade analysen av Chadwick och Bieler bekräftade detta, vilket ledde till att de föreslog en asymmetrisk modell av alfa-partikeln. Samma experimentella inställning användes av Chadwick och P. H. Mercier för en analys av beta-ray spridning.

Chadwick samarbetade även under denna period med C. D., Ellis, som han hade träffat i interneringslägret i Tyskland, på en fortsättning av analysen av radioaktiva beta-spektra och med K. G. Emeléus på molnkammaranalysen av alfa-partikelkollisioner. Hans huvudsakliga forskning under 1920-talet var dock i direkt samarbete med Rutherford., Efter Rutherfords upptäckt av den artificiella transmutationen av kärnor under alfa-ray bombardemang (de kallade det artificiell sönderdelning, tänkte felaktigt att alfapartiklarna inte absorberades), de visade transmutationer i en rad element förutom kväve i det ursprungliga experimentet. Chadwick och Ellis undersökte egenskaperna hos sönderdelningspartiklarna och bekräftade att de var protoner., Efter att ha demonstrerat förekomsten av sönderdelningspartiklar som rör sig i olika riktningar, använde de detta för att eliminera effekterna av väteförorening (som gav falska protoner) och därigenom demonstrerade transmutationer i ännu fler element. När arbetare i Wien påstod sig ha hittat transmutationer av element för vilka Rutherford och Chadwick inte hade funnit någon effekt, inklusive kol och syre, uppmanades Chadwicks experimentella skicklighet. ganska framgångsrikt, för att upprätthålla Cambridge-utsikten., Andra arbeten med Rutherford under denna period, på radioaktivt emitterade alfapartiklar av ovanligt lång räckvidd, gjordes också med tanke på Wiengruppen, som hade rapporterat att partiklarna inte existerade.

under andra halvan av 1920-talet vände sig Rutherford och Chadwick till problemet med kärnstruktur som uppstod av de tidigare experimenten på Alfa-partikelspridning av väte. 1925 tittade de först på spridning av en rad andra element; magnesium, aluminium, guld och uran., De vände sig sedan till heliumspridning, där spridda och spridande partiklar var identiska (alfa partiklar är heliumkärnor), så att det bara fanns en kärnstruktur att strida mot. Återigen drog de slutsatsen att en viss asymmetri i strukturen skulle krävas., De antog dock att denspridning som förutsågs av kvantmekanik i detta fall var densamma som den som förutspåddes av klassisk mekanik, 1928 visade Nevill Mott att detta inte var sant för identiska partiklar, och 1930 visade Chadwick att resultaten av heliumspridning faktiskt kunde tolkas av kvantmekanik utan behov av asymmetrier.,

bortsett från hans arbete på beta spectra med hjälp av Geiger punkträknare och hans en razzia i molnkammartekniker, var alla Chadwicks publicerade forskning på 1920-talet baserad på scintillationsräkning (den optiska observationen av de scintillationer som produceras när en proton-eller alfapartikel träffar en skärm av zinksulfid). Denna teknik hade sina begränsningar, dock, och i slutet av decenniet elektriska tekniker som kan överträffa det kom i bruk., År 1928 förbättrade Geiger och Walther Müller Geigers tidigare punkträknare för att göra det som allmänt kallas en Geiger-räknare, en mycket känslig detektor av beta-och gammastrålar. Räknaren var ganska opålitlig, eftersom den var föremål för falska räkningar i kölvattnet av äkta; men det kunde användas på ett tillförlitligt sätt för slumpräkning. Chadwick svarade på den nya uppfinningen genom att snabbt bygga några för användning i Cavendish laboratoriet., Under tiden hade HL Greinacher i Hern lyckats detektera enskilda alfapartiklar och protoner genom att linjärt förstärka de joniseringsströmmar som produceras av partiklarna i en liten joniseringskammare.

av 1928 Walther Bothe och Johannes Fränz i Berlin hade tillämpat den nya tekniken för att studera transmutation av bor, med hjälp av en poloniumkälla av alfastrålar i stället för den traditionella radium aktiv insättning., Rutherfords erfarenhet hade alltid varit att polonium alfastrålar inte producerade transmutationer; men eftersom den nya räkningstekniken var känslig för bakgrunds gammastrålning, uteslutes användningen av radiumaktiva avlagringar, med mycket höga gammaray-utgångar. Bothe och Fräz arbete visade att polonium alfastrålar faktiskt producerar transmutationer trots deras mycket låga energier, ett fenomen som snart förklarades av den nya kvantmekaniken.

under Chadwicks ledning togs den nya räkningstekniken snabbt upp och utvecklades av C. E. Wynn-Williams och andra på Cavendish., 1930 Chadwick, J. L. R. Constable, och E. C. Pollard använde den elektriska linjär förstärkning av joniseringsströmmar och. för första gången, en poloniumkälla för att studera sambandet mellan energierna hos de infallande alfastrålarna och emitterade protoner i kärntransmutationer. Ett år senare kunde Chadwick och Constable, med en förbättrad poloniumkälla och en förbättrad joniseringskammare, ge en detaljerad kvantitativ analys av atomtransmutationer.

under tiden hade intresset ökat i produktionen av gammastrålning under alfa-partikelbombardering., Gammastrålar var kända för att släppas ut tillsammans med de radioaktiva alfastrålarna. Om man tittar på alfastrålarnas energispektra föreslog George Gamow 1931) att när en alfa-partikel släpptes från en radioaktiv källa med mindre än den maximala möjliga energin, skulle en gamma-ray quantum därefter släppas ut för att återställa energibalansen. Det hade blivit allt tydligare i de Kavendiska experimenten och på andra ställen att protoner som emitterats från kärnvapentransmutationer inte var alla av samma energi, och det var därför naturligt att leta efter gammastrålar i det sammanhanget också.,

1930 Bothe och H. Becker detekterade penetrerande strålning, antas vara gammastrålar, emitterade när ljuselement bombarderades med polonium alfastrålar. De noterade också en överraskande effekt för beryllium: intensiteten hos den penetrerande strålningen från detta element var nästan tio gånger så för något annat element, och strålningen var exceptionellt penetrerande, strax efter, H. C. Webster, som arbetade under Chad Wicks riktning på samma ämne, observerade ett liknande fenomen., I juni 1931 ansåg Chadwick och Webster möjligheten att den extrema penetrerande strålningen från beryllium inte kan vara gammastrålar, vilket allmänt antogs, men neutroner.

den möjliga existensen av en neutron, tänkt som ett bundet tillstånd av proton och elektron, hade föreslagits av Rutherford 1920, och under de mellanliggande åren hade det gjorts ett antal försök i Cavendish att upptäcka sådana partiklar., Chadwick själv hade letat efter bevis på neutroner i väte 1923 och igen, med de nya Geigerräknare, 1928, och under hela arbetet med kärntransmutationer hade möjligheten till neutronutsläpp hållits i åtanke. Beryllium i synnerhet sågs som en lovande källa till neutroner, eftersom det inte avger protoner under alfa-ray bombardemang och, genom ett falskt argument, eftersom naturligt förekommande beryl var känd för att innehålla en hel del helium: detta föreslog att under kosmisk strålning kan berylliumkärnan delas upp i två heliumkärnor och en neutron., Chadwick hade letat efter neutroner från beryllium på och av i ett antal år,och hans tolkning av Websters observation var en naturlig. Energin hos de extremt penetrerande partiklarna var relaterad till deras riktning på ett sätt som föreslog att de kunde vara materialpartiklar snarare än gammastrålar, och deras penetrerande kraft föreslog att om så var fallet måste de laddas. Försök att observera deras passage genom en joniseringskammare misslyckades dock, och problemet sattes åt sidan.,

tidigt 1932 rapporterade Irène Joliot-Curie och Frédéric Joliot i Paris att strålningen från beryllium var ännu mer genomträngande än man trodde. De antog fortfarande att det var gammastrålning; men när Chadwick läste rapporten såg han, liksom Rutherford, att energi aritmetiken för kollisionerna som producerade den inte gick upp., Vid det här laget Chadwick var övertygad om att strålningen måste vara något nytt och kan mycket väl vara neutroner, med hjälp av joniseringskammaren och linjär förstärkare av hans senaste undersökningar, tillsammans med en ny och förbättrad poloniumkälla, undersökte han effekterna av kollisioner mellan penetrerande strålar och en rad olika ämnen, mäta energierna hos recoil atomer i varje enskilt fall., Han visade snabbt att resultaten helt överensstämde med teorin att den penetrerande strålningen bestod av neutrala partiklar av ungefär protons massa och krävde otroliga antaganden om de skulle vara gammastrålar. Ett kort papper som tillkännagav upptäckten av neutronen lämnades in i februari 1932. Detaljerade papper av Chadwick, av Norman Feather, och av Philip Dee, som använde molnkammartekniker för att ytterligare analysera neutronernas egenskaper, följt i Maj.,

1933 gjorde Chadwick lite arbete med Patrick Blackett och Giuseppe Occhialini, som just hade visat positronens existens. Tanken var att positroner kan produceras i neutroninteraktioner, men det visade sig att de observerade effekterna var i detta fall på grund av gammastrålar. Laget koncentrerade sig sedan på den kvantitativa analysen av gamma-ray-produktionen av positroner. Med D. Lea. Chadwick genomförde också en sökning av neutrino postulerad av Wolfgang Pauli för att redogöra för den kontinuerliga spektra av betastrålar som först demonstrerades av Chadwick., De kunde inte upptäcka några partiklar, de visade, med hjälp av en mycket högtrycksjoniseringskammare, att om neutrinon existerade kunde den inte producera mer än en jonisering i 150 kilometer luft vid normalt tryck.

Chadwicks sista stora arbete innan han lämnade Cambridge för Liverpool var med Maurice Goldhaber, som anslöt sig till honom som personlig assistent 1934. Efter ett förslag på Goldhabers visade de den nukleära fotoelektriska effekten i form av sönderdelning av deuterium under gammaray-belysning., Detta arbete ledde också till den första exakta siffran av neutronens massa och till spekulation om betydelsen av långsamma neutroner. Det publicerades dock inte, och några månader senare observerade Enrico Fermi och insåg betydelsen av samma fenomen. Efter Fermis arbete undersökte Chadwick och Goldhaber långsamma neutroninducerade transmutationer av litium, bor och kväve. Efter att ha flyttat till Liverpool 1935 gjorde Chadwick lite ytterligare arbete med fotodisintegrationen av deuterium med N. heather och F., Bretscher, även om han koncentrerade sin uppmärksamhet på byggandet av en cyklotron och uppbyggnaden av fysikavdelningen där. När det gäller vetenskapliga publikationer var hans karriär faktiskt över. Han hade dock fortfarande ett viktigt bidrag att göra som forskare, och det var till wartime atomic energy-programmet.

Chadwicks första svar på upptäckten av fission var att skämma bort sig själv för att inte ha gjort det själv tidigare; han hade studerat uran under långsam neutronbombardement med Goldhaber., men vid filtrering av alfa-partikelutsläpp hade de också filtrerat ut alla fissionsprodukter som kunde ha varit närvarande. Tchad wick svarade inte först på fission med något experimentellt arbete av sig själv, men när G. P. Thomson, som svarade på detta sätt, hade varnat myndigheterna för möjligheterna till en fissionsbomb, konsulterades Chad wick. Precis som Thomson såg han först inga verkliga utsikter till en bomb – den kritiska massan skulle vara enorm, och reaktionen skulle vara för långsam för att gå långt innan uranet utvidgades för att stoppa det. Han har läst Bohr och J. A., Wheelers analys, där fission tillskrevs den relativt sällsynta isotopen uran 235, ledde honom att i slutet av 1939 besluta att möjligheterna inte helt kunde avfärdas och att mer information behövdes. Med hjälp av Liverpool cyclotron bestämde han sig för att få denna information.

Följande promemoria av Otto Frisch och Ronald Peierls (1940), där det uppskattas att en bomb kan göras med bara några pounds av ren uran 235, Chadwick var en medlem av M. A. U. D., Kommittén för militär användning av uran och tog på sig samordningen av relevant vetenskapligt arbete vid brittiska universitet. I slutet av året var han grundligt involverad i detta arbete och övertygad om att utvecklingen av en bomb var oundviklig. När arbetet fortsatte under krigets första år spelade Chadwick en allt större roll i diskussionerna., När britterna slutligen bestämde sig för att överge ansträngningarna vid ett eget bombprojekt och överföra sina forskare till det amerikanska projektet utsågs Chadwick till teknisk rådgivare till de brittiska företrädarna för den kombinerade Politiska kommittén—den enda forskaren i den brittiska gruppen för att få full tillgång till all projektinformation. Britterna hade velat Wallace Akers, som hade varit ansvarig för sitt projekt, att hålla detta inlägg, men amerikanerna var misstänksamma mot hans kommersiella förbindelser (han var utstationerad från Imperial Chemical Industries)., Chadwick befallde högsta respekt som vetenskapsman och, en naturligt diskret man, var helt betrodd. Han hade också exceptionella diplomatiska färdigheter.

Chadwicks förmåga som vetenskapsman och diplomat säkerställde att det angloamerikanska samarbetet gick bra och även om han inte alltid kunde stoppa brittiska politiker och tjänstemän från att störa amerikanerna, rådde hans nyktera råd tillräckligt för att den senare inte skulle ge upp den gemensamma ansträngningen. Även efter kriget i Europa slutade. Chadwick insisterade på att britterna satsade allt på det amerikanska projektet., Även om britterna kom ut ur kriget med mindre information än de skulle ha velat, vad de hade, var de skyldiga Chadwick väsentligt.

i slutet av kriget lät en utmattad Chadwick det vara känt att han inte var intresserad av posten som chef för den planerade Atomenergiforskningsinstitutionen vid Harwell, och föredrog att återvända till universitetslivet. Han fortsatte dock att spela en viktig rådgivande roll i British atomic energy-programmet., Efter ett tidigare problem med medicinsk fysik bidrog han till inrättandet av det radiokemiska centrumet vid Amersham för produktion av radioisotoper.

Chadwick vann Nobelpriset i fysik 1935. Han blev adlad 1945 och gjorde en hederskamrat 1970. Chadwick valdes till kamrat i Royal Society 1927, han tilldelades sina Hughes (1932) och Copley (1950) medaljer, och tjänstgjorde som vicepresident i nära 1948-1949 fick han också ett brett utbud av andra vetenskapliga utmärkelser och utmärkelser.

bibliografi

I. originalverk., En bibliografi av Chadwicks skrifter finns i dödsruna av Massey och Feather (se nedan), hans upptäckt av neutronen rapporterades i ”möjlig existens av en Neutron”, i naturen, 129 (1932). 312, och ”existensen av en Neutron”, i Proceedings of the Royal Society. A136 (1932), 692-708.

en betydande samling av Chadwicks papper och korrespondens finns i arkiven i Churchill College, Cambridge, som också har en utskrift av en intervju med Chadwick som genomfördes av C. Weiner 1969.

II. sekundärlitteratur., Den huvudsakliga publicerade informationskällan om Chadwicks liv är Sir Harrie Massey och Norman Feather, ”James Chadwick”, i biografiska memoarer av Fellows of the Royal Society. 22 (1976), 11–70. Artiklar som behandlar upptäckten av neutronen och andra aspekter av Chadwicks arbete samlas in i John Hendry, ed., Cambridge Physics in the Thirties (Bristol, 1984) som också innehåller en omfattande bibliografi av relaterad sekundärlitteratur: se även Norman Feather. ”Chadwicks Neutron”, i modern fysik. 15 (1974), 565-572, Chadwicks krigstid karriär dokumenteras i Margaret M., Cowing, Britainand Atomic Energy1939–1945 (London och New York. 1964), och Oberoende och Avskräckning (London och New York, 1974).

John Hendry