Sir James Chadwick (20 de octubre de 1891 – 24 de julio de 1974), un distinguido físico experimental británico, recibió el Premio Nobel de Física en 1935 por su innovador descubrimiento del neutrón. Sus importantes contribuciones se extendieron al Informe MAUD, donde fue autor de su borrador final en 1941, un documento decisivo para impulsar al gobierno de los Estados Unidos a iniciar una investigación sustancial sobre la bomba atómica. Durante la Segunda Guerra Mundial, Chadwick dirigió el contingente británico involucrado en el Proyecto Manhattan. En reconocimiento a sus profundos logros en física nuclear, recibió el título de caballero en Gran Bretaña en 1945.
Sir James Chadwick (20 de octubre de 1891 – 24 de julio de 1974) fue un físico experimental británico que recibió el Premio Nobel de Física en 1935 por su descubrimiento del neutrón. En 1941, escribió el borrador final del Informe MAUD, que inspiró al gobierno de Estados Unidos a iniciar serios esfuerzos de investigación sobre la bomba atómica. Fue el jefe del equipo británico que trabajó en el Proyecto Manhattan durante la Segunda Guerra Mundial. Fue nombrado caballero en Gran Bretaña en 1945 por sus logros en física nuclear.
Chadwick completó sus estudios universitarios en la Universidad Victoria de Manchester en 1911, donde fue asesorado por Ernest Rutherford, ampliamente reconocido como el "padre de la física nuclear". Continuó su trabajo de posgrado bajo la dirección de Rutherford en Manchester, obteniendo su Maestría en Ciencias en 1913. Ese mismo año, Chadwick obtuvo una beca de investigación de 1851 de la Comisión Real para la Exposición de 1851, y decidió realizar investigaciones sobre la radiación beta con Hans Geiger en Berlín. Utilizando el innovador contador Geiger de Geiger, Chadwick demostró de manera concluyente que la radiación beta exhibe un espectro continuo, desafiando la creencia predominante de que producía líneas discretas. Su estancia en Alemania se vio interrumpida por el estallido de la Primera Guerra Mundial, lo que llevó a su internamiento durante cuatro años en el campo de Ruhleben.
Después de la Primera Guerra Mundial, Chadwick se unió a Rutherford en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, donde obtuvo su título de Doctor en Filosofía en junio de 1921, supervisado por Rutherford a través de Gonville and Caius College. Durante más de diez años, se desempeñó como subdirector de investigación de Rutherford en el Laboratorio Cavendish, entonces un importante centro global para la investigación en física, atrayendo a estudiantes notables como John Cockcroft, Norman Feather y Mark Oliphant. Tras su descubrimiento de los neutrones, Chadwick procedió a medir su masa, previendo su potencial como herramienta importante en el tratamiento del cáncer. En 1935, Chadwick dejó el Laboratorio Cavendish para asumir una cátedra de física en la Universidad de Liverpool, donde modernizó un laboratorio obsoleto y lo estableció como un centro crucial para estudios de física nuclear mediante la instalación de un ciclotrón.
Educación y vida temprana
James Chadwick nació en Cheshire, Inglaterra, el 20 de octubre de 1891, el hijo mayor de John Joseph Chadwick, un hilandero de algodón, y Anne Mary Knowles, una empleada doméstica. Recibió su nombre, James, en honor a su abuelo paterno. En 1895, sus padres se trasladaron a Manchester y confiaron su cuidado a sus abuelos maternos. Chadwick asistió a la escuela primaria Bollington Cross y posteriormente recibió una oferta de beca para la escuela secundaria de Manchester; sin embargo, su familia se negó debido a su incapacidad para cubrir los modestos honorarios restantes. En consecuencia, se matriculó en la Central Grammar School for Boys de Manchester, donde se reunió con sus padres. En ese momento, tenía dos hermanos menores, Harry y Hubert; una hermana mayor había fallecido en la infancia. A la edad de 16 años, Chadwick compitió con éxito por dos becas universitarias y consiguió ambas.
En 1908, Chadwick se matriculó en la Universidad Victoria de Manchester, con la intención de dedicarse a las matemáticas, pero sin darse cuenta se matriculó en física. Al igual que muchos estudiantes de su época, residía en casa y viajaba 6,4 km (4 millas) diariamente hacia y desde la universidad. Después de su año inaugural, se le concedió una beca Heginbottom para estudios de física. El departamento de física, bajo la dirección de Ernest Rutherford, asignó proyectos de investigación a estudiantes de último año. Rutherford encargó a Chadwick que desarrollara un método para comparar la producción de energía radiactiva de dos fuentes distintas. El concepto propuesto implicó cuantificar estas fuentes en función de la actividad de 1 gramo (0,035 oz) de radio, unidad posteriormente designada como curie. A pesar de que Chadwick era consciente de la impracticabilidad de la sugerencia inicial de Rutherford (una preocupación que dudó en expresar), perseveró y finalmente formuló la metodología necesaria. Estos hallazgos constituyeron la publicación inaugural de Chadwick, en coautoría con Rutherford, que apareció en 1912. Completó su título con honores de primera clase en 1911.
Después de desarrollar un método para medir la radiación gamma, Chadwick procedió a cuantificar su absorción por diversos gases y líquidos. La publicación resultante se publicó únicamente bajo su nombre. En 1912, obtuvo su M.Sc. y fue nombrado Beyer Fellow. Al año siguiente, recibió una beca de exposición de 1851, que le facilitó sus estudios e investigaciones en una universidad de Europa continental. En 1913, optó por unirse al Physikalisch-Technische Reichsanstalt de Berlín para investigar la radiación beta bajo la dirección de Hans Geiger. Utilizando el contador Geiger recientemente inventado por Geiger, que ofrecía una precisión superior en comparación con técnicas fotográficas anteriores, Chadwick demostró que la radiación beta no exhibía líneas discretas, como se teorizó anteriormente, sino más bien un espectro continuo caracterizado por picos en regiones específicas. Durante un " El espectro continuo siguió siendo un fenómeno sin resolver durante muchos años.
Chadwick todavía estaba en Alemania cuando comenzó la Primera Guerra Mundial, lo que lo llevó a ser internado en el campo de Ruhleben, cerca de Berlín. Allí, se le permitió establecer un laboratorio en los establos y realizar experimentos científicos utilizando materiales improvisados, incluida pasta de dientes radiactiva. En colaboración con Charles Drummond Ellis, investigó la ionización del fósforo y la reacción fotoquímica entre el monóxido de carbono y Después del Armisticio con Alemania en noviembre de 1918, fue liberado y regresó a la residencia de sus padres en Manchester, donde recopiló los resultados de sus investigaciones de los cuatro años anteriores para los comisionados de la Exposición de 1851. Rutherford le ofreció a Chadwick un puesto docente a tiempo parcial en Manchester, lo que le permitió continuar sus esfuerzos de investigación. Investigó la carga nuclear del platino, la plata y el cobre, determinando experimentalmente que correspondía al número atómico con un margen de error menor. En abril de 1919, Rutherford asumió la dirección del Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, y Chadwick se unió a él allí unos meses más tarde. Chadwick obtuvo una beca Clerk Maxwell en 1920 y posteriormente se matriculó como candidato a doctorado en Gonville and Caius College, Cambridge. 1921 y se convirtió en miembro del Gonville and Caius College en noviembre del mismo año.
Carrera e investigación
Cambridge
La beca Clerk Maxwell de Chadwick concluyó en 1923 y fue sucedido por el físico ruso Pyotr Kapitza. Sir William McCormick, presidente del Consejo Asesor del Departamento de Investigación Científica e Industrial, dispuso que Chadwick se convirtiera en subdirector de investigación de Rutherford. En esta capacidad, Chadwick ayudó a Rutherford a seleccionar Ph.D. estudiantes, un grupo que durante los años siguientes incluyó a John Cockcroft, Norman Feather y Mark Oliphant, quienes desarrollaron estrechas amistades con Chadwick. Dado que muchos estudiantes carecían de intereses de investigación definidos, Rutherford y Chadwick propusieron con frecuencia temas adecuados. Chadwick también fue responsable de editar todos los artículos científicos producidos por el laboratorio.
En 1925, Chadwick conoció a Aileen Stewart-Brown, la hija de un corredor de bolsa de Liverpool. Se casaron en agosto de 1925 y Kapitza fue el padrino. La pareja dio la bienvenida a sus hijas gemelas, Joanna y Judith, en febrero de 1927.
En su investigación en curso, Chadwick continuó investigando el núcleo atómico. En 1925, el concepto de espín había proporcionado una explicación para el efecto Zeeman, pero al mismo tiempo introdujo anomalías no resueltas. En aquella época, la teoría predominante postulaba que el núcleo estaba formado por protones y electrones; por ejemplo, se suponía que un núcleo de nitrógeno con un número másico de 14 contenía 14 protones y 7 electrones. Si bien este modelo tuvo en cuenta correctamente la masa y la carga del núcleo, no logró conciliar su giro observado.
Durante una conferencia de 1928 en Cambridge centrada en las partículas beta y los rayos gamma, Chadwick se volvió a conectar con Geiger. Geiger presentó una versión mejorada de su contador Geiger, perfeccionado por su alumno Walther Müller. Al no haber utilizado un dispositivo de este tipo desde la guerra, Chadwick reconoció el potencial del contador Geiger-Müller como un avance significativo sobre los métodos de centelleo predominantes en Cambridge, que requerían la observación visual humana. Sin embargo, su principal limitación fue la detección de radiación alfa, beta y gamma; en consecuencia, el radio, empleado habitualmente en los experimentos del Laboratorio Cavendish y que emite los tres tipos, resultó inadecuado para los objetivos de investigación específicos de Chadwick. Sin embargo, el polonio, al ser un emisor alfa exclusivo, ofrecía una alternativa viable, y posteriormente Lise Meitner envió aproximadamente 2 milicurios (equivalentes a aproximadamente 0,5 μg) a Chadwick desde Alemania.
Liverpool
La llegada de la Gran Depresión en el Reino Unido condujo a un mayor conservadurismo fiscal gubernamental con respecto a la financiación científica. Al mismo tiempo, el innovador ciclotrón de Ernest Lawrence presentó una perspectiva revolucionaria para la física nuclear experimental, lo que provocó la preocupación de Chadwick de que el Laboratorio Cavendish quedaría tecnológicamente obsoleto sin adquirir dicho instrumento. En consecuencia, Chadwick experimentó frustración con Rutherford, quien mantenía la convicción de que una investigación importante en física nuclear podría llevarse a cabo sin aparatos sustanciales y costosos, y por lo tanto rechazó la propuesta de un ciclotrón.
Chadwick fue un crítico notable de la "gran ciencia" en general, y específicamente de Lawrence, cuya metodología percibía como imprecisa y demasiado dependiente de la tecnología en detrimento de la investigación científica fundamental. En la Conferencia Solvay de 1933, cuando Lawrence postuló la existencia de una partícula novedosa, no descubierta previamente, como fuente potencial de energía infinita, Chadwick respondió que los fenómenos observados se explicaban más plausiblemente por la contaminación del equipo. Posteriormente, Lawrence reevaluó sus hallazgos en Berkeley, confirmando la evaluación de Chadwick, mientras que Rutherford y Oliphant llevaron a cabo simultáneamente una investigación en el Laboratorio Cavendish, que reveló que la fusión de deuterio a helio-3 era responsable del efecto que Lawrence había observado inicialmente. Esto representó otro avance científico significativo, aunque se logró utilizando el acelerador de partículas Oliphant-Rutherford, un instrumento costoso y avanzado.
En marzo de 1935, Chadwick recibió una oferta para la Cátedra Lyon Jones de Física en la Universidad de Liverpool, ubicada en la ciudad natal de su esposa, como sucesor de Lionel Wilberforce. A pesar del estado anticuado del laboratorio, que funciona únicamente con electricidad de corriente continua, Chadwick aceptó el puesto y comenzó su mandato el 1 de octubre de 1935. La posición académica de la universidad mejoró posteriormente con el anuncio de Chadwick del Premio Nobel en noviembre de 1935. Su medalla Nobel se subastó más tarde en 2014 y se vendió por 329 000 dólares.
Chadwick inició esfuerzos para adquirir un ciclotrón para la Universidad de Liverpool. Su paso inicial implicó asignar 700 libras esterlinas para la renovación de los obsoletos laboratorios de Liverpool, lo que permitió la fabricación interna de ciertos componentes. Consiguió con éxito 2.000 libras esterlinas de la universidad y una subvención adicional de 2.000 libras esterlinas de la Royal Society. Para la construcción del ciclotrón, Chadwick reclutó a dos jóvenes especialistas, Bernard Kinsey y Harold Walke, quienes tenían experiencia previa con Lawrence en la Universidad de California. Un fabricante de cables local aportó el conductor de cobre necesario para las bobinas. Metropolitan-Vickers, ubicada en Trafford Park, fabricó el imán de 50 toneladas del ciclotrón y también produjo su cámara de vacío. En julio de 1939, el ciclotrón estaba completamente instalado y operativo. El coste total, por un total de 5.184 libras esterlinas, superó las contribuciones combinadas de la universidad y la Royal Society; en consecuencia, Chadwick cubrió personalmente el saldo restante utilizando fondos de su premio Nobel de 159.917 coronas (£8.243).
En la Universidad de Liverpool, las facultades de Medicina y Ciencias mantuvieron una estrecha relación de colaboración. Chadwick era miembro automático del comité en ambas facultades y, en 1938, fue designado miembro de una comisión, presidida por Lord Derby, encargada de examinar las disposiciones sobre el tratamiento del cáncer en Liverpool. Chadwick imaginó que los neutrones y los isótopos radiactivos generados por el ciclotrón de 37 pulgadas podrían ser fundamentales en la investigación bioquímica y potencialmente servir como herramienta terapéutica en oncología.
Descubrimiento del neutrón
En Alemania, Walther Bothe y su alumno, Herbert Becker, emplearon polonio para bombardear berilio con partículas alfa, generando una forma anómala de radiación. Posteriormente, James Chadwick encargó a su académico australiano de la Exposición de 1851, Hugh Webster, que replicara estos hallazgos. Chadwick interpretó estas observaciones como la corroboración de una antigua hipótesis que compartía con Ernest Rutherford: la existencia del neutrón, una teórica partícula nuclear desprovista de carga eléctrica. Posteriormente, en enero de 1932, Norman Feather alertó a Chadwick sobre otro resultado inesperado. Frédéric e Irène Joliot-Curie habían desalojado con éxito protones de la cera de parafina, utilizando polonio y berilio como fuente de lo que suponían era radiación gamma. Rutherford y Chadwick cuestionaron esta interpretación, argumentando que los protones eran excesivamente masivos para tal interacción con los rayos gamma. Por el contrario, los neutrones requerirían sólo una energía mínima para lograr el mismo efecto. Al mismo tiempo, en Roma, Ettore Majorana llegó de forma independiente a la misma conclusión: los Joliot-Curie habían descubierto inadvertidamente el neutrón sin reconocer su verdadera naturaleza.
Chadwick suspendió todos los demás compromisos para centrarse en comprobar la existencia del neutrón, recibir ayuda de Feather y, a menudo, trabajar hasta altas horas de la noche. Diseñó una sencilla instalación experimental que comprendía un cilindro que albergaba una fuente de polonio y un objetivo de berilio. Luego, la radiación emitida se dirigía hacia un material como cera de parafina. Las partículas expulsadas, identificadas como protones, entraron posteriormente en una pequeña cámara de ionización donde fueron detectables mediante un osciloscopio. En febrero de 1932, después de aproximadamente dos semanas de experimentación con neutrones, Chadwick envió una carta a Nature, titulada "Posible existencia de un neutrón". Posteriormente detalló sus hallazgos en un artículo enviado a Proceedings of the Royal Society A en mayo, titulado "La existencia de un neutrón". Su identificación del neutrón representó un avance fundamental en la comprensión de la física nuclear. Al revisar la publicación de Chadwick, Robert Bacher y Edward Condon reconocieron que las inconsistencias teóricas existentes, como el espín nuclear del nitrógeno, podrían resolverse si el neutrón poseyera un espín de 1/2 y si un núcleo de nitrógeno estuviera compuesto por siete protones y siete neutrones.
Los físicos teóricos Niels Bohr y Werner Heisenberg investigaron si el neutrón constituía una partícula nuclear fundamental, similar al protón y al electrón, en lugar de un compuesto protón-electrón. Heisenberg demostró que el neutrón se caracterizaba con mayor precisión como una nueva partícula nuclear, aunque sus características precisas seguían sin definirse. Durante su Conferencia Bakerian de 1933, Chadwick calculó que la masa del neutrón era aproximadamente 1,0067 Da. Dado que un protón y un electrón poseían colectivamente una masa de 1,0078 u, esto sugería que un neutrón, si se considerara un compuesto protón-electrón, tendría una energía de enlace de aproximadamente 92 MeV. Si bien este valor parecía plausible, la estabilidad de una partícula con una energía de enlace tan mínima planteó un desafío conceptual. Sin embargo, determinar una diferencia de masa tan diminuta requirió mediciones excepcionalmente precisas, lo que llevó a varios hallazgos contradictorios entre 1933 y 1934. Por ejemplo, Frédéric e Irène Joliot-Curie informaron de un valor sustancial de masa de neutrones mediante el bombardeo de boro con partículas alfa, mientras que el grupo de Ernest Lawrence en la Universidad de California obtuvo un valor menor. Posteriormente, Maurice Goldhaber, un refugiado de la Alemania nazi y estudiante de posgrado en el Laboratorio Cavendish, propuso a Chadwick que los deuterones podrían sufrir fotodesintegración cuando se exponen a los rayos gamma de 2,6 MeV emitidos por el 208Tl (entonces identificado como torio C").
- Este proceso particular ofreció un método para determinar con precisión la masa del neutrón. Chadwick y Goldhaber implementaron este enfoque y confirmaron su eficacia. Midieron la energía cinética del protón resultante en 1,05 MeV, aislando así la masa del neutrón como única variable desconocida en su cálculo. Chadwick y Goldhaber calcularon que la masa del neutrón era 1,0084 o 1,0090 unidades atómicas, dependiendo de los valores de masa específicos empleados para el protón y el deuterón. (El valor de masa actualmente aceptado para el neutrón es 1,00866 Da). La masa determinada del neutrón era demasiado sustancial para ser consistente con una composición de par protón-electrón.
A partir de este proceso se podría determinar un valor exacto de la masa del neutrón. Chadwick y Goldhaber intentaron esto y descubrieron que funcionaba. Midieron la energía cinética del protón producido en 1,05 MeV, dejando la masa del neutrón como incógnita en la ecuación. Chadwick y Goldhaber calcularon que eran 1,0084 o 1,0090 unidades atómicas, dependiendo de los valores utilizados para las masas del protón y del deuterón. (El valor moderno aceptado para la masa del neutrón es 1,00866 Da.) La masa del neutrón era demasiado grande para ser un par protón-electrón.
Chadwick recibió numerosos elogios por su descubrimiento del neutrón, incluida la Medalla Hughes en 1932, el Premio Nobel de Física en 1935, la Medalla Copley en 1950 y la Medalla Franklin en 1951. Este descubrimiento fundamental permitió la síntesis en laboratorio de elementos transuránicos mediante la captura de neutrones lentos seguida de la desintegración beta. A diferencia de las partículas alfa cargadas positivamente, que experimentan repulsión por las fuerzas eléctricas dentro de los núcleos atómicos, los neutrones no están sujetos a una barrera de Coulomb. En consecuencia, pueden penetrar e integrarse fácilmente en los núcleos incluso de los elementos más pesados, como el uranio. Esta característica llevó a Enrico Fermi a explorar reacciones nucleares inducidas por colisiones lentas de neutrones, esfuerzo que le valió el Premio Nobel en 1938.
El 4 de diciembre de 1930, Wolfgang Pauli postuló la existencia de una nueva partícula para dilucidar el espectro continuo de la radiación beta, un fenómeno que Chadwick había documentado en 1914. La aparente discrepancia en la conservación de la energía, donde no se tenía en cuenta toda la energía de la radiación beta, llevó a Pauli a proponer que debía estar involucrada una partícula adicional, entonces no descubierta. Pauli inicialmente se refirió a esta partícula como un neutrón, pero era distinto del descubrimiento de Chadwick. Posteriormente, Fermi lo rebautizó como neutrino, que en italiano significa "pequeño neutrón". En 1934, Fermi propuso su teoría de la desintegración beta, postulando que los electrones emitidos por el núcleo se originaban a partir de la desintegración de un neutrón en un protón, un electrón y un neutrino. Si bien el neutrino podría explicar la energía faltante, su masa mínima y su falta de carga eléctrica hacían que su detección fuera difícil. Rudolf Peierls y Hans Bethe calcularon que los neutrinos podrían atravesar la Tierra con facilidad, lo que sugiere una baja probabilidad de observación. Sin embargo, Frederick Reines y Clyde Cowan confirmaron experimentalmente el neutrino el 14 de junio de 1956, colocando un detector dentro de un importante flujo de antineutrinos que emanaba de un reactor nuclear cercano.
La Segunda Guerra Mundial
Proyecto Tube Alloys y el informe MAUD
Durante la Segunda Guerra Mundial, Chadwick participó en la investigación para el proyecto Tube Alloys, cuyo objetivo era desarrollar una bomba atómica, al mismo tiempo que su laboratorio de Manchester y sus alrededores soportaban bombardeos aéreos de la Luftwaffe. Tras el Acuerdo de Quebec, que integró su iniciativa con el Proyecto Manhattan estadounidense, Chadwick se unió a la Misión Británica y trabajó en el Laboratorio de Los Álamos y en Washington, D.C. En particular, se ganó la confianza casi total del director del proyecto Leslie R. Groves, Jr. En reconocimiento a sus contribuciones, Chadwick fue nombrado caballero con los Honores de Año Nuevo el 1 de enero de 1945. En julio de 1945, observó la prueba nuclear Trinity. Posteriormente, se desempeñó como asesor científico británico de la Comisión de Energía Atómica de las Naciones Unidas. Expresando su incomodidad con la floreciente tendencia de la "gran ciencia", regresó a Cambridge, asumiendo el papel de maestro del Gonville and Caius College en 1948.
En Alemania, Otto Hahn y Fritz Strassmann llevaron a cabo experimentos bombardeando uranio con neutrones, observando la producción de bario, un elemento más ligero, entre los productos de la reacción. Hasta ahora, tales procesos sólo habían producido elementos de igual o mayor masa atómica. En enero de 1939, Lise Meitner y su sobrino Otto Frisch publicaron un artículo fundamental que aclaraba este resultado inesperado, cautivando a la comunidad física. Postularon que los átomos de uranio, cuando se sometían a un bombardeo de neutrones, podían dividirse en dos fragmentos aproximadamente iguales, un proceso que denominaron fisión nuclear. Sus cálculos indicaron una liberación de energía de aproximadamente 200 MeV, lo que significa una producción de energía de órdenes de magnitud que supera la de las reacciones químicas, una teoría que Frisch validó posteriormente experimentalmente. Hahn pronto reconoció que si se liberaban neutrones durante la fisión, se podía iniciar una reacción nuclear en cadena. Los científicos franceses Pierre Joliot, Hans von Halban y Lew Kowarski confirmaron posteriormente que, efectivamente, se emitía más de un neutrón por evento de fisión. En un artículo en colaboración con el físico estadounidense John Wheeler, Niels Bohr teorizó que la fisión era más probable en el isótopo uranio-235, que constituye apenas el 0,7 por ciento del uranio natural.
Chadwick, incrédulo ante la perspectiva de otra guerra con Alemania en 1939, había llevado a su familia a un lago apartado en el norte de Suecia para pasar unas vacaciones. En consecuencia, la declaración de la Segunda Guerra Mundial supuso un profundo shock. Decidido a evitar el internamiento, Chadwick viajó rápidamente a Estocolmo con su familia, sólo para descubrir que todos los vuelos entre Estocolmo y Londres estaban suspendidos. Su viaje de regreso a Inglaterra lo realizó a bordo de un barco de vapor. Al llegar a Liverpool, Chadwick se encontró con Joseph Rotblat, un becario postdoctoral polaco que tenía la intención de colaborar en el proyecto del ciclotrón pero que ahora se encontraba sin apoyo financiero debido a la falta de fondos de Polonia. Chadwick nombró inmediatamente a Rotblat como conferenciante, a pesar de su limitado dominio del inglés.
En octubre de 1939, Edward Appleton, Secretario del Departamento de Investigación Científica e Industrial, solicitó a Chadwick la evaluación de la viabilidad de una bomba atómica. La respuesta de Chadwick fue circunspecta; Sin descartar el concepto, detalló meticulosamente los numerosos desafíos teóricos y prácticos. Posteriormente, Chadwick decidió investigar más a fondo las características del óxido de uranio con Rotblat. En marzo de 1940, Otto Frisch y Rudolf Peierls de la Universidad de Birmingham revisaron estas consideraciones teóricas en un documento que más tarde se denominó memorando Frisch-Peierls. Su análisis pasó del óxido de uranio no enriquecido a una esfera de uranio-235 puro, revelando que una reacción en cadena no sólo era posible sino que podía iniciarse con tan solo 1 kilogramo (2,2 libras) de uranio-235, liberando energía equivalente a toneladas de dinamita.
Para examinar más a fondo esta cuestión, se estableció un subcomité especializado del Comité para el Estudio Científico de la Guerra Aérea (CSSAW), denominado Comité MAUD. Presidido por George Paget Thomson, sus miembros iniciales incluyeron a Chadwick, Mark Oliphant, John Cockcroft y Philip Moon. Mientras otros grupos exploraban metodologías de enriquecimiento de uranio, el equipo de Chadwick en Liverpool se centró en determinar la sección transversal nuclear del uranio-235. En abril de 1941, los datos experimentales confirmaron que la masa crítica del uranio-235 podría ser de 8 kilogramos (18 libras) o menos. Esta investigación se vio significativamente obstaculizada por los persistentes bombardeos aéreos de la Luftwaffe cerca de su laboratorio de Liverpool, que frecuentemente rompían ventanas, lo que hacía necesario reemplazarlas con cartón.
En julio de 1941, Chadwick recibió la tarea de redactar la versión concluyente del Informe MAUD. Este documento, presentado por Vannevar Bush al presidente Franklin D. Roosevelt en octubre de 1941, impulsó al gobierno de Estados Unidos a asignar fondos sustanciales para el desarrollo de la bomba atómica. Durante una reunión entre Pegram y Harold Urey para evaluar el progreso del proyecto, entonces conocido como Tube Alloys, Chadwick expresó su convicción, afirmando: "Me gustaría poder decirles que la bomba no va a funcionar, pero estoy 90 por ciento seguro de que así será".
Graham Farmelo, en una publicación contemporánea sobre la iniciativa de la bomba atómica, afirmó que "Chadwick hizo más que cualquier otro científico para darle la bomba a Churchill... Chadwick fue probado casi hasta el punto de ruptura". Su profunda ansiedad, que interrumpió su sueño, llevó a Chadwick a depender de pastillas para dormir durante la mayor parte de su vida posterior. Más tarde, Chadwick expresó su comprensión de que "una bomba nuclear no sólo era posible, sino inevitable. Tarde o temprano, estas ideas no podían ser exclusivas de nosotros. Todo el mundo pensaría en ellas en poco tiempo, y algún país las pondría en práctica". Sir Hermann Bondi postuló que era fortuito que Chadwick, y no Rutherford, ocupara la posición preeminente en la física del Reino Unido durante esa época, ya que de otro modo la reputación establecida de Rutherford podría haber eclipsado el compromiso prospectivo de Chadwick con el potencial de la bomba.
Proyecto Manhattan
Debido a la amenaza de bombardeo aéreo, la familia Chadwick evacuó a sus gemelos a Canadá bajo un plan del gobierno. Al mismo tiempo, Chadwick expresó reservas sobre la reubicación del proyecto Tube Alloys en Canadá, afirmando la idoneidad del Reino Unido para una instalación de separación de isótopos. En 1942, la inmensa escala de la empresa se hizo evidente: se proyectó que incluso una planta de separación preliminar excedería el millón de libras esterlinas, lo que gravaría gravemente los recursos británicos, mientras que una instalación a gran escala se estimaba en aproximadamente 25 millones de libras esterlinas. En consecuencia, la construcción en Estados Unidos se volvió imperativa. Aunque los británicos reconocieron la necesidad de un esfuerzo colaborativo, los rápidos avances del Proyecto Manhattan estadounidense disminuyeron la importancia percibida de la cooperación británica, a pesar del interés estadounidense en aprovechar la experiencia de Chadwick.
Resolver la cuestión de la cooperación internacional requirió un compromiso diplomático de alto nivel. En septiembre de 1943, el Primer Ministro Winston Churchill y el Presidente Roosevelt formalizaron el Acuerdo de Quebec, que restableció los esfuerzos de colaboración entre Gran Bretaña, Estados Unidos y Canadá. Posteriormente, Sir Wallace Akers, director de Tube Alloys, convocó a Chadwick, Oliphant, Peierls y Simon a Estados Unidos para contribuir al Proyecto Manhattan. El Acuerdo de Quebec también instituyó un nuevo Comité de Política Combinada para supervisar la iniciativa conjunta. Dadas las reservas estadounidenses sobre Akers, Chadwick fue designado asesor técnico de este comité y jefe de la misión británica.
Después de confiar a Rotblat responsabilidades en Liverpool, Chadwick comenzó un recorrido completo por las instalaciones del Proyecto Manhattan en noviembre de 1943. En particular, se le negó el acceso al sitio de Hanford, donde se fabricaba plutonio. Este privilegio único lo posicionó como el único individuo, aparte de Groves y su adjunto, en obtener acceso a todas las instalaciones estadounidenses de investigación y producción dedicadas a la bomba de uranio. Al observar la construcción de la instalación de difusión gaseosa K-25 en Oak Ridge, Tennessee, Chadwick reconoció la impracticabilidad de construir una planta de este tipo en Gran Bretaña en tiempos de guerra, reconociendo que su inmensa escala habría hecho imposible ocultarla a la Luftwaffe. A principios de 1944, se mudó a Los Alamos, Nuevo México, acompañado de su esposa y sus gemelos, quienes para entonces habían adoptado acento canadiense. Por protocolos de seguridad, adoptó el seudónimo de James Chaffee.
Chadwick reconoció que la asistencia estadounidense no era estrictamente necesaria, pero reconoció su potencial para acelerar la finalización exitosa del proyecto. En estrecha colaboración con el mayor general Leslie R. Groves, Jr., director del Proyecto Manhattan, Chadwick se dedicó a apoyar la iniciativa. Además, buscó estratégicamente integrar a científicos británicos en varios componentes del proyecto, con el objetivo de sentar las bases para un programa británico de armas nucleares de posguerra, un compromiso que mantuvo firmemente. Las solicitudes de Groves, canalizadas a través de Chadwick, para científicos específicos a menudo encontraron resistencia inicial por parte de sus respectivas empresas, ministerios o universidades, solo para ser reemplazadas por la prioridad suprema asignada al proyecto Tube Alloys. En consecuencia, el contingente británico resultó indispensable para el éxito general del proyecto.
A pesar de poseer un conocimiento incomparable del proyecto entre el personal británico, Chadwick careció constantemente de acceso al sitio de Hanford. En 1946, cuando Lord Portal recibió una invitación para recorrer Hanford, la única instalación a la que a Chadwick se le había prohibido durante la guerra, Chadwick solicitó permiso a Groves para acompañarlo. Groves asintió, pero advirtió que el acceso de Portal quedaría significativamente restringido si Chadwick estuviera presente. Por sus contribuciones, Chadwick recibió el título de caballero en los Honores de Año Nuevo el 1 de enero de 1945, un galardón que interpretó como un reconocimiento colectivo de todo el proyecto Tube Alloys.
A principios de 1945, Chadwick residía principalmente en Washington, D.C., y su familia se mudó de Los Alamos a Dupont Circle en abril de ese año. Asistió a la reunión del Comité de Política Combinada el 4 de julio, donde el mariscal de campo Sir Henry Maitland Wilson confirmó el consentimiento de Gran Bretaña para utilizar la bomba atómica contra Japón. Chadwick también estuvo presente en la prueba nuclear Trinity el 16 de julio, presenciando la detonación de la primera bomba atómica. El dispositivo incorporaba un iniciador de neutrones modulado con polonio-berilio, un avance tecnológico derivado del método que Chadwick había empleado para descubrir el neutrón más de una década antes. William L. Laurence, un reportero de The New York Times asignado al Proyecto Manhattan, observó que "nunca antes en la historia un hombre había vivido para ver su propio descubrimiento materializarse con un efecto tan revelador en el destino del hombre".
Vida posterior
Tras la conclusión de la guerra, Chadwick fue nombrado miembro del Comité Asesor sobre Energía Atómica (ACAE) y se desempeñó como asesor científico británico de la Comisión de Energía Atómica de las Naciones Unidas. Encontró un desacuerdo con su colega miembro de la ACAE, Patrick Blackett, quien se opuso a la convicción de Chadwick de que Gran Bretaña necesitaba sus propias armas nucleares; sin embargo, finalmente prevaleció la perspectiva de Chadwick. Regresó a Gran Bretaña en 1946 y encontró una nación que aún luchaba contra el racionamiento y la escasez de recursos en tiempos de guerra.
En ese momento, Sir James Mountford, vicerrector de la Universidad de Liverpool, registró en su diario que nunca se había topado con un individuo "tan cansado física, mental y espiritualmente" como Chadwick, porque "había llegado a profundidades de decisión moral tan profundas que los hombres más afortunados nunca están llamados a siquiera mirar... [y sufrió]... casi agonías insoportables de responsabilidad derivadas de su trabajo científico'."
En septiembre de 1949, Edward Teller visitó Inglaterra para hablar sobre energía y seguridad nuclear, cenando con Sir James Chadwick y su esposa en su residencia de Cambridge. Si bien su esposa era una conversadora interesante, Sir James se mantuvo característicamente reservado. Sin embargo, cuando Teller hizo un comentario desfavorable sobre el general Groves, Chadwick se hizo notablemente expresivo, afirmando que el proyecto no habría tenido éxito sin Groves, a pesar de reconocer la aversión de Groves hacia los británicos.
En 1948, Chadwick aceptó la maestría de Gonville and Caius College, Cambridge. Esta posición era prestigiosa pero carecía de una autoridad clara, ya que el Maestro actuaba como jefe titular mientras que el poder real residía en un consejo de 13 becarios, incluido el Maestro. Como maestro, Chadwick se esforzó por elevar el nivel académico de la universidad. Amplió el número de becas de investigación de 31 a 49 y buscó activamente atraer nuevos talentos. Esto implicó decisiones polémicas, como los nombramientos en 1951 del bioquímico chino Tien-chin Tsao y del economista nacido en Hungría Peter Bauer. En un evento denominado "Revuelta de los Campesinos", los compañeros liderados por Patrick Hadley expulsaron del consejo a un viejo amigo de Chadwick, reemplazándolo por Bauer. En los años siguientes se eliminaron aliados adicionales de Chadwick, lo que llevó a su retiro en noviembre de 1958. En particular, durante su maestría, Francis Crick, un Ph.D. estudiante de Gonville and Caius College, junto con Rosalind Franklin y James Watson, dilucidaron la estructura del ADN.
En la década de 1970, la salud de Chadwick empeoró y rara vez salía de su apartamento, aunque viajó a Liverpool para las celebraciones de su octogésimo cumpleaños. Ateo de toda la vida, mantuvo su visión del mundo secular durante sus últimos años. Falleció pacíficamente mientras dormía el 24 de julio de 1974, en Cambridge, a la edad de 82 años.
Reconocimiento
Membresías
Premios
Honores caballerescos
Conmemoración
- Los documentos de archivo de Chadwick se conservan en el Churchill Archives Center de Cambridge y son accesibles al público.
- El Laboratorio Chadwick está ubicado en la Universidad de Liverpool.
- La Cátedra de Física Experimental Sir James Chadwick, también en la Universidad de Liverpool, se estableció en 1991 como parte de las celebraciones del centenario de su nacimiento.
- El edificio James Chadwick de la Universidad de Manchester alberga partes de la Facultad de Ingeniería Química y Ciencias Analíticas, así como el Centro Industrial de Ingeniería Sostenible.
- Lorna Arnold, historiadora oficial de la Autoridad de Energía Atómica del Reino Unido, caracterizó a Chadwick como "un físico, un científico diplomático y un hombre bueno, sabio y humano".
- El cráter Chadwick se encuentra en la Luna.
Notas
Referencias
- "Sir James Chadwick, F.R.S." Naturaleza, 161 (4103): 964, 1948. Bibcode:1948Natur.161Q.964.. doi:10.1038/161964a0."Sir James Chadwick, C.H., LL.D., F.R.S.: 80 cumpleaños." Física Contemporánea, 13 (3): 310, 1972. Bibcode:1972ConPh..13..310.. doi:10.1080/00107517208205684.Rutherford, Ernest; Chadwick, James; Ellis, Charles D. (2010). Radiación de sustancias radiactivas (Reimpresión de la 2ª ed.). Prensa de la Universidad de Cambridge. ISBN 978-1-108-00901-0.Transcripción de una entrevista de historia oral con James Chadwick realizada el 15 de abril de 1969, archivada en el Instituto Americano de Física, Biblioteca Niels Bohr & Archivos (Sesión I).
- Transcripción de la entrevista de historia oral con James Chadwick el 15 de abril de 1969, Instituto Americano de Física, Biblioteca Niels Bohr & Archivos – Sesión I
- Transcripción de una entrevista de historia oral con James Chadwick realizada el 16 de abril de 1969, archivada en el Instituto Americano de Física, Biblioteca y Biblioteca Niels Bohr. Archivos (Sesión II).
- Transcripción de una entrevista de historia oral con James Chadwick realizada el 17 de abril de 1969, archivada en el Instituto Americano de Física, Biblioteca Niels Bohr & Archivos (Sesión III).
- Transcripción de una entrevista de historia oral con James Chadwick realizada el 20 de abril de 1969, archivada en el Instituto Americano de Física, Biblioteca y Biblioteca Niels Bohr. Archivos (Sesión IV).
- James Chadwick en Nobelprize.org