Ο Sir James Chadwick (φωτογραφία δημοσιεύτηκε στο άρθρο) είναι ένας Άγγλος φυσικός, βραβευμένος με Νόμπελ, ο οποίος έγινε διάσημος μετά την ανακάλυψη του νετρονίου. Αυτό άλλαξε ριζικά τη φυσική εκείνης της εποχής και επέτρεψε στους επιστήμονες να δημιουργήσουν νέα στοιχεία και επίσης οδήγησε στην ανακάλυψη της πυρηνικής σχάσης και τη χρήση της για στρατιωτικούς και πολιτικούς σκοπούς. Ο Τσάντγουικ ήταν μέλος μιας ομάδας Βρετανών επιστημόνων που βοήθησαν τις ΗΠΑ να αναπτύξουν την ατομική βόμβα κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου.
James Chadwick: σύντομη βιογραφία
Ο
Ο Τσάντγουικ γεννήθηκε στο Bollington, Cheshire, Αγγλία στις 20 Οκτωβρίου 1891, από τον John Joseph και την Ann Mary Knowles. Σπούδασε στα τοπικά δημοτικά και δημοτικά λύκεια του Μάντσεστερ. Στα δεκαέξι του έλαβε υποτροφία από το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ. Ο Τζέιμς σκόπευε να σπουδάσει μαθηματικά, αλλά κατά λάθος παρακολούθησε εισαγωγικές διαλέξεις στη φυσική και εγγράφηκε σε αυτή την ειδικότητα. Στην αρχή, είχε επιφυλάξεις για την απόφασή του, αλλά μετά την πρώτη του χρονιά, βρήκε την πορεία πιο ενδιαφέρουσα. Ο Τσάντγουικ γράφτηκε στην τάξηΟ Έρνεστ Ράδερφορντ, όπου σπούδασε ηλεκτρισμό και μαγνητισμό, και αργότερα ένας δάσκαλος ανέθεσε στον Τζέιμς ένα ερευνητικό έργο για το ραδιενεργό στοιχείο ράδιο.
Πρώιμη Έρευνα
Ο Τζέιμς Τσάντγουικ αποφοίτησε το 1911 και συνέχισε να εργάζεται με τον Ράδερφορντ για την απορρόφηση γάμμα, αποκτώντας μεταπτυχιακό δίπλωμα το 1913. Ο επόπτης διευκόλυνε μια ερευνητική υποτροφία που του απαιτούσε να εργαστεί αλλού. Αποφάσισε να σπουδάσει στο Βερολίνο με τον Χανς Γκάιγκερ, ο οποίος επισκεπτόταν το Μάντσεστερ την εποχή που ο Τζέιμς ολοκλήρωνε το μεταπτυχιακό του. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, ο Chadwick διαπίστωσε την ύπαρξη ενός συνεχούς φάσματος ακτινοβολίας βήτα, το οποίο αποθάρρυνε τους ερευνητές και οδήγησε στην ανακάλυψη των νετρίνων.
Ταξίδι στην κατασκήνωση
Λίγο πριν από τον Πρώτο Παγκόσμιο Πόλεμο, όταν οι εχθροπραξίες έγιναν αναπόφευκτες, ο Geiger προειδοποίησε τον Chadwick να επιστρέψει στην Αγγλία το συντομότερο δυνατό. Ο Τζέιμς σάστισε από τις συμβουλές της ταξιδιωτικής εταιρείας και έμεινε σε ένα γερμανικό στρατόπεδο αιχμαλώτων μέχρι το τέλος του πολέμου. Κατά τη διάρκεια των πέντε ετών της φυλάκισής του, ο Τσάντγουικ κατάφερε να διαπραγματευτεί με τους φρουρούς και να διεξάγει στοιχειώδεις μελέτες φθορισμού.
Εργασία στο Cavendish Laboratory
Ο Τζέιμς Τσάντγουικ, του οποίου η βιογραφία στη φυσική είχε κάθε πιθανότητα να τελειώσει το 1918, χάρη στις προσπάθειες του Ράδερφορντ, επέστρεψε ξανά στην επιστήμη και επιβεβαίωσε ότι το φορτίο του πυρήνα ήταν ίσο με τον ατομικό αριθμό. Το 1921 του απονεμήθηκε ερευνητική υποτροφία στο Gonville College του Cambridge.και Keyes, και τον επόμενο χρόνο έγινε βοηθός του Rutherford στο Cavendish Laboratory.
Δουλεύοντας καθημερινά, έβρισκε ακόμα χρόνο για να διεξάγει έρευνα, την κατεύθυνση της οποίας γενικά πρότεινε ο Ράδερφορντ. Ο Τσάντγουικ και ο άλλος κρατούμενος Τσαρλς Ντ. Έλις συνέχισαν να σπουδάζουν στο Trinity College και με τον Ράδερφορντ, ερευνώντας τη μεταστοιχείωση στοιχείων με βομβαρδισμό με σωματίδια άλφα (πυρήνες ηλίου). Μια ερευνητική ομάδα στη Βιέννη ανέφερε αποτελέσματα που δεν συνάδουν με τα δεδομένα που ελήφθησαν από το εργαστήριο Cavendish, η ορθότητα των οποίων υπερασπίστηκε επιδέξια από περαιτέρω πειράματα από τον Chadwick και τους συναδέλφους του.
Το 1925, ο James παντρεύτηκε την Eileen Stuart-Brown. Το ζευγάρι είχε δίδυμες κόρες.
Στα μέσα της δεκαετίας του 1920, ο Τζέιμς Τσάντγουικ διεξήγαγε πειράματα για τη διασπορά σωματιδίων άλφα που εκτοξεύτηκαν σε στόχους κατασκευασμένους από μέταλλα, συμπεριλαμβανομένου του χρυσού και του ουρανίου, και στη συνέχεια το ίδιο το ήλιο, ο πυρήνας του οποίου έχει την ίδια μάζα με τα σωματίδια άλφα. Η διασπορά αποδείχθηκε ασύμμετρη και ο Τσάντγουικ το εξήγησε το 1930 ως κβαντικό φαινόμενο.
Ανακάλυψη του νετρονίου
Από το 1920, ο Rutherford πρότεινε την ύπαρξη ενός ηλεκτρικά ουδέτερου σωματιδίου που ονομάζεται νετρόνιο για να εξηγήσει την ύπαρξη ισοτόπων υδρογόνου. Θεωρήθηκε ότι αυτό το σωματίδιο αποτελούνταν από ένα ηλεκτρόνιο και ένα πρωτόνιο, αλλά η εκπομπή μιας τέτοιας σύνθεσης δεν ανιχνεύθηκε.
Το 1930, διαπιστώθηκε ότι όταν οι πυρήνες φωτός βομβαρδίστηκαν με ακτίνες άλφα που εκπέμπονταν από το πολώνιο, προέκυψε διεισδυτική ακτινοβολία χωρίς ηλεκτρικό φορτίο. Υποτίθεται ότι ήταν ακτίνες γάμμα. Ωστόσο, όταν χρησιμοποιούσαμε έναν στόχο βηρυλλίου, οι ακτίνες αποδείχτηκαν πολλές φορές πιο διεισδυτικές από ό,τι όταν χρησιμοποιούσαν άλλα υλικά. Το 1931, ο Chadwick και ο συνάδελφός του Webster πρότειναν ότι οι ουδέτερες ακτίνες ήταν στην πραγματικότητα απόδειξη της ύπαρξης του νετρονίου.
Το 1932, το ζευγάρι ερευνητών Irene Curie και Frédéric Joliot έδειξαν ότι η ακτινοβολία από το βηρύλλιο ήταν πιο διεισδυτική από ό, τι αναφέρθηκε από προηγούμενους ερευνητές, αλλά την ονόμασαν επίσης ακτίνες γάμμα. Ο Τζέιμς Τσάντγουικ διάβασε την έκθεση και άρχισε αμέσως να εργαστεί για τον υπολογισμό της μάζας του ουδέτερου σωματιδίου, κάτι που θα μπορούσε να εξηγήσει τα τελευταία αποτελέσματα. Χρησιμοποίησε ακτινοβολία βηρυλλίου για να βομβαρδίσει διάφορα στοιχεία και διαπίστωσε ότι τα αποτελέσματα ήταν σύμφωνα με τη δράση ενός ουδέτερου σωματιδίου με μάζα σχεδόν ίδια με αυτή ενός πρωτονίου. Αυτό έγινε πειραματική επιβεβαίωση της ύπαρξης του νετρονίου. Το 1925, ο Chadwick έλαβε το Νόμπελ Φυσικής για αυτό το επίτευγμα.
Από το νετρόνιο στην πυρηνική αντίδραση
Το νετρόνιο έγινε γρήγορα εργαλείο για τους φυσικούς, οι οποίοι το χρησιμοποίησαν για να διεισδύσουν στα άτομα των στοιχείων και να τα μετασχηματίσουν, έτσι οι θετικά φορτισμένοι πυρήνες δεν το απώθησαν. Έτσι, ο Τσάντγουικ προετοίμασε τον δρόμο για τη διάσπαση του ουρανίου-235 και τη δημιουργία πυρηνικών όπλων. Το 1932, για τη σημαντική αυτή ανακάλυψη, του απονεμήθηκε το μετάλλιο Hughes και το 1935 το βραβείο Νόμπελ. Τότε έμαθε ότι ο Hans Falkenhagen ανακάλυψε το νετρόνιο ταυτόχρονα με αυτόν, αλλά φοβόταν να δημοσιεύσει τα αποτελέσματά του. Γερμανός επιστήμονας σεμνάαρνήθηκε μια πρόταση να μοιραστεί το βραβείο Νόμπελ, κάτι που τον έκανε Τζέιμς Τσάντγουικ.
Η ανακάλυψη του νετρονίου κατέστησε δυνατή τη δημιουργία στοιχείων υπερουρανίου σε εργαστήρια. Αυτή ήταν η ώθηση για την ανακάλυψη από τον νομπελίστα Enrico Fermi των πυρηνικών αντιδράσεων που προκαλούνται από αργά νετρόνια και η ανακάλυψη από τους Γερμανούς χημικούς Otto Hahn και Strassmann της πυρηνικής σχάσης, η οποία οδήγησε στη δημιουργία πυρηνικών όπλων.
Εργασία για την ατομική βόμβα
Το 1935, ο Τζέιμς Τσάντγουικ έγινε καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Λίβερπουλ. Ως αποτέλεσμα του μνημονίου Frisch-Peierls του 1940 σχετικά με τη σκοπιμότητα κατασκευής μιας πυρηνικής βόμβας, διορίστηκε στην επιτροπή MAUD, η οποία διερεύνησε αυτό το θέμα με περισσότερες λεπτομέρειες. Το 1940 επισκέφτηκε τη Βόρεια Αμερική στην αποστολή Tizard για να δημιουργήσει συνεργασία στην πυρηνική έρευνα. Αφού επέστρεψε στο Ηνωμένο Βασίλειο, αποφάσισε ότι τίποτα δεν θα λειτουργούσε μέχρι να τελειώσει ο πόλεμος.
Τον Δεκέμβριο εκείνου του έτους, ο Francis Simon, ο οποίος εργαζόταν στο MAUD, βρήκε έναν τρόπο να διαχωρίσει το ισότοπο ουρανίου-235. Στην έκθεσή του περιέγραψε την εκτίμηση κόστους και τις τεχνικές προδιαγραφές για τη δημιουργία μιας μεγάλης επιχείρησης εμπλουτισμού ουρανίου. Ο Τσάντγουικ έγραψε αργότερα ότι μόνο τότε κατάλαβε ότι μια πυρηνική βόμβα ήταν όχι μόνο δυνατή αλλά και αναπόφευκτη. Από εκείνη τη στιγμή έπρεπε να αρχίσει να παίρνει υπνωτικά χάπια. Ο Τζέιμς και η ομάδα του υποστήριξαν γενικά τη βόμβα U-235 και ενέκριναν την απομόνωσή της με διάχυση από το ισότοπο U-238.
Το αποτέλεσμα της ζωής
Σύντομα πήγεστο Los Alamos, την έδρα του Manhattan Project, και, μαζί με τον Niels Bohr, έδωσε πολύτιμες συμβουλές στους κατασκευαστές των ατομικών βομβών που έπεσαν στη Χιροσίμα και στο Ναγκασάκι. Ο Τσάντγουικ Τζέιμς, του οποίου οι ανακαλύψεις άλλαξαν δραματικά την πορεία της ανθρώπινης ιστορίας, ανακηρύχθηκε ιππότης το 1945.
Στο τέλος του Β' Παγκοσμίου Πολέμου, επέστρεψε στη θέση του στο Λίβερπουλ. Ο Τσάντγουικ συνταξιοδοτήθηκε το 1958. Αφού πέρασε δέκα χρόνια στη Βόρεια Ουαλία, επέστρεψε στο Κέιμπριτζ το 1969, όπου πέθανε στις 24 Ιουλίου 1974.
