Sir James Chadwick (kuva julkaistu artikkelissa) on englantilainen fyysikko, Nobel-palkinnon voittaja, joka tuli tunnetuksi neutronin löytämisen jälkeen. Tämä muutti radikaalisti tuon ajan fysiikkaa ja antoi tutkijoille mahdollisuuden luoda uusia elementtejä, ja se johti myös ydinfission löytämiseen ja sen käyttöön sotilaallisiin ja siviilitarkoituksiin. Chadwick oli osa brittiläisten tiedemiesten ryhmää, joka auttoi Yhdysv altoja kehittämään atomipommin toisen maailmansodan aikana.
James Chadwick: lyhyt elämäkerta
Chadwick syntyi Bollingtonissa, Cheshiressä, Englannissa 20. lokakuuta 1891 John Josephin ja Ann Mary Knowlesin perheeseen. Hän opiskeli paikallisessa peruskoulussa ja Manchesterin kunnallislukioissa. Kuusitoistavuotiaana hän sai stipendin Manchesterin yliopistosta. James aikoi opiskella matematiikkaa, mutta osallistui vahingossa fysiikan johdantoluennoille ja ilmoittautui tälle erikoisalalle. Aluksi hän epäili päätöstään, mutta ensimmäisen vuoden jälkeen hän piti kurssia mielenkiintoisempana. Chadwick oli kirjoitettu luokkaanErnest Rutherford, jossa hän opiskeli sähköä ja magnetismia, ja myöhemmin opettaja antoi Jamesille tutkimusprojektin radioaktiivisesta elementistä radiumia.
Varhainen tutkimus
James Chadwick valmistui vuonna 1911 ja jatkoi työskentelyä Rutherfordin kanssa gamma-absorption parissa. Hän ansaitsi maisterin tutkinnon vuonna 1913. Ohjaaja auttoi tutkimusapurahaa, joka edellytti hänen työskentelyä muualla. Hän päätti opiskella Berliinissä Hans Geigerin luona, joka vieraili Manchesterissa silloin, kun James oli suorittamassa maisterintutkintoaan. Tänä aikana Chadwick totesi jatkuvan beetasäteilyspektrin olemassaolon, mikä masensi tutkijoita ja johti neutriinojen löytämiseen.
Matka leirille
Vähän ennen ensimmäistä maailmansotaa, kun vihollisuudet tulivat väistämättömiksi, Geiger varoitti Chadwickiä palaamaan Englantiin mahdollisimman pian. James hämmentyi matkayhtiön neuvoista ja jäi saksalaiselle sotavankileirille sodan loppuun asti. Viiden vuoden vankeusrangaistuksensa aikana Chadwick onnistui neuvottelemaan vartijoiden kanssa ja suorittamaan alkeellisia fluoresenssin tutkimuksia.
Työskentely Cavendishin laboratoriossa
James Chadwick, jonka fysiikan elämäkerralla oli kaikki mahdollisuudet päättyä vuonna 1918 Rutherfordin ponnistelujen ansiosta, palasi taas tieteeseen ja vahvisti, että ytimen varaus oli yhtä suuri kuin atomiluku. Vuonna 1921 hänelle myönnettiin tutkimusapuraha Gonville Collegessa, Cambridgessa.ja Keyes, ja seuraavana vuonna hänestä tuli Rutherfordin assistentti Cavendishin laboratoriossa.
Työskennellessään joka päivä hän löysi silti aikaa tehdä tutkimusta, jonka suuntaa Rutherford yleensä ehdotti. Chadwick ja vankitoveri Charles D. Ellis jatkoivat sitten opintojaan Trinity Collegessa ja Rutherfordissa tutkien alkuaineiden transmutaatiota alfahiukkasilla (heliumytimillä) pommittamalla. Wienissä sijaitseva tutkimusryhmä raportoi tulokset, jotka olivat ristiriidassa Cavendishin laboratorion saamien tietojen kanssa, joiden oikeellisuutta Chadwick ja hänen kollegansa puolustivat taitavasti lisäkokeilla.
Vuonna 1925 James meni naimisiin Eileen Stuart-Brownin kanssa. Pariskunnalla oli kaksostyttäret.
1920-luvun puolivälissä James Chadwick suoritti kokeita metallien, mukaan lukien kullan ja uraanin, kohteisiin ammuttujen alfahiukkasten sirottamiseksi ja sitten itse heliumin, jonka ytimen massa on sama kuin alfahiukkasten. Sironta osoittautui epäsymmetriseksi, ja Chadwick selitti sen vuonna 1930 kvanttiilmiöksi.
Neutronin löytö
Jo vuonna 1920 Rutherford ehdotti sähköisesti neutraalin hiukkasen, neutroniksi, olemassaoloa selittämään vedyn isotooppien olemassaolon. Tämän hiukkasen uskottiin koostuvan elektronista ja protonista, mutta sellaisen koostumuksen emissiota ei havaittu.
Vuonna 1930 havaittiin, että kun valoytimiä pommitettiin poloniumin lähettämillä alfasäteillä, syntyi läpäisevää säteilyä ilman sähkövarausta. Sen piti olla gammasäteitä. Berylliumkohdetta käytettäessä säteet osoittautuivat kuitenkin monta kertaa läpäisevämmiksi kuin muita materiaaleja käytettäessä. Vuonna 1931 Chadwick ja hänen kollegansa Webster ehdottivat, että neutraalit säteet olivat itse asiassa todisteita neutronin olemassaolosta.
Vuonna 1932 tutkijapariskunta Irene Curie ja Frédéric Joliot osoittivat, että berylliumin säteily oli läpäisevämpää kuin aikaisemmat tutkijat ovat raportoineet, mutta he kutsuivat sitä myös gammasäteiksi. James Chadwick luki raportin ja ryhtyi välittömästi laskemaan neutraalin hiukkasen massan, mikä voisi selittää viimeisimmät tulokset. Hän käytti berylliumsäteilyä pommittamaan eri elementtejä ja havaitsi, että tulokset olivat yhdenmukaisia neutraalin hiukkasen toiminnan kanssa, jonka massa on lähes identtinen protonin massalla. Tästä tuli kokeellinen vahvistus neutronin olemassaolosta. Vuonna 1925 Chadwick sai Nobelin fysiikan palkinnon tästä saavutuksesta.
Neutronista ydinreaktioon
Neutronista tuli nopeasti työkalu fyysikoille, jotka käyttivät sitä tunkeutumaan alkuaineiden atomien läpi ja muuttamaan niitä, joten positiivisesti varautuneet ytimet eivät hylänneet sitä. Siten Chadwick valmisteli tietä uraani-235:n fissiolle ja ydinaseiden luomiselle. Vuonna 1932 hänelle myönnettiin tästä tärkeästä löydöstä Hughes-mitali ja vuonna 1935 Nobel-palkinto. Sitten hän sai tietää, että Hans Falkenhagen löysi neutronin samaan aikaan hänen kanssaan, mutta pelkäsi julkaista tuloksiaan. Saksalainen tiedemies vaatimattomastikieltäytyi tarjouksesta jakaa Nobel-palkinto, mikä teki hänestä James Chadwickin.
Neutronin löytäminen mahdollisti transuraanialkuaineiden luomisen laboratorioissa. Tämä oli sysäys sille, että Nobel-palkittu Enrico Fermi löysi hitaiden neutronien aiheuttamat ydinreaktiot ja saksalaiset kemistit Otto Hahn ja Strassmann löysivät ydinfission, joka johti ydinaseiden luomiseen.
Työskentele atomipommin parissa
Vuonna 1935 James Chadwickistä tuli fysiikan professori Liverpoolin yliopistossa. Vuonna 1940 tehdyn Frisch-Peierlsin muistion ydinpommin rakentamisen suositeltavuudesta seurauksena hänet nimitettiin MAUD-komiteaan, joka tutki asiaa tarkemmin. Vuonna 1940 hän vieraili Pohjois-Amerikassa Tizard-tehtävässä luodakseen yhteistyötä ydintutkimuksen alalla. Palattuaan Yhdistyneeseen kuningaskuntaan hän päätti, ettei mikään toimisi ennen kuin sota on ohi.
San vuoden joulukuussa MAUD:lla työskennellyt Francis Simon löysi tavan erottaa uraani-235-isotooppi. Raportissaan hän esitti kustannusarvion ja teknisen eritelmän suuren uraanin rikastusyrityksen perustamiseksi. Chadwick kirjoitti myöhemmin, että vasta silloin hän tajusi, että ydinpommi ei ollut vain mahdollista vaan väistämätöntä. Siitä hetkestä lähtien hänen oli aloitettava unilääkkeiden käyttö. James ja hänen ryhmänsä tukivat yleisesti U-235-pommia ja hyväksyivät sen eristämisen diffuusiona U-238-isotoopista.
Elämän tulos
Pian hän lähtiLos Alamosiin, Manhattan-projektin päämajaan, ja antoi Niels Bohrin kanssa arvokkaita neuvoja Hiroshimaan ja Nagasakiin pudotettujen atomipommien kehittäjille. Chadwick James, jonka löydöt muuttivat dramaattisesti ihmiskunnan historian kulkua, julistettiin ritariksi vuonna 1945.
Toisen maailmansodan lopussa hän palasi virkaansa Liverpoolissa. Chadwick jäi eläkkeelle vuonna 1958. Vietettyään kymmenen vuotta Pohjois-Walesissa hän palasi Cambridgeen vuonna 1969, missä hän kuoli 24. heinäkuuta 1974.
