Sir James Chadwick (20 de outubro de 1891 – 24 de julho de 1974), um ilustre físico experimental britânico, recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1935 por sua descoberta inovadora do nêutron. Suas contribuições significativas estenderam-se ao Relatório MAUD, onde foi o autor de sua versão final em 1941, um documento fundamental para levar o governo dos Estados Unidos a iniciar pesquisas substanciais sobre a bomba atômica. Durante a Segunda Guerra Mundial, Chadwick liderou o contingente britânico envolvido no Projeto Manhattan. Em reconhecimento às suas profundas conquistas na física nuclear, ele recebeu o título de cavaleiro na Grã-Bretanha em 1945.
Sir James Chadwick (20 de outubro de 1891 – 24 de julho de 1974) foi um físico experimental britânico que recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1935 pela descoberta do nêutron. Em 1941, ele escreveu a versão final do Relatório MAUD, que inspirou o governo dos EUA a iniciar sérios esforços de pesquisa sobre a bomba atômica. Ele foi o chefe da equipe britânica que trabalhou no Projeto Manhattan durante a Segunda Guerra Mundial. Ele foi nomeado cavaleiro na Grã-Bretanha em 1945 por suas realizações em física nuclear.
Chadwick completou seus estudos de graduação na Victoria University of Manchester em 1911, onde foi orientado por Ernest Rutherford, amplamente reconhecido como o "pai da física nuclear". Ele continuou seu trabalho de pós-graduação sob a orientação de Rutherford em Manchester, obtendo seu mestrado em Ciências em 1913. Nesse mesmo ano, Chadwick obteve uma bolsa de pesquisa em 1851 da Comissão Real para a Exposição de 1851, optando por prosseguir a pesquisa sobre radiação beta com Hans Geiger em Berlim. Utilizando o inovador contador Geiger da Geiger, Chadwick demonstrou conclusivamente que a radiação beta exibe um espectro contínuo, desafiando a crença predominante de que produzia linhas discretas. Seu tempo na Alemanha foi interrompido pela eclosão da Primeira Guerra Mundial, levando ao seu internamento por quatro anos no campo de Ruhleben. Após a Primeira Guerra Mundial, Chadwick juntou-se a Rutherford no Laboratório Cavendish, Universidade de Cambridge, onde obteve seu título de Doutor em Filosofia em junho de 1921, supervisionado por Rutherford através do Gonville and Caius College. Por mais de dez anos, ele atuou como diretor assistente de pesquisa de Rutherford no Laboratório Cavendish, então um importante centro global de pesquisa em física, atraindo estudantes notáveis como John Cockcroft, Norman Feather e Mark Oliphant. Após a sua descoberta de neutrões, Chadwick mediu a sua massa, prevendo o seu potencial como uma ferramenta significativa no tratamento do cancro. Em 1935, Chadwick deixou o Laboratório Cavendish para assumir o cargo de professor de física na Universidade de Liverpool, onde modernizou um laboratório obsoleto e o estabeleceu como um centro crucial para estudos de física nuclear, instalando um ciclotron.
Primeira vida e educação
James Chadwick nasceu em Cheshire, Inglaterra, em 20 de outubro de 1891, filho mais velho de John Joseph Chadwick, um fiandeiro de algodão, e Anne Mary Knowles, uma empregada doméstica. Recebeu o nome de James, em homenagem ao seu avô paterno. Em 1895, seus pais se mudaram para Manchester, confiando seus cuidados aos avós maternos. Chadwick frequentou a Escola Primária Bollington Cross e posteriormente recebeu uma oferta de bolsa de estudos para a Manchester Grammar School; no entanto, sua família recusou devido à incapacidade de cobrir as modestas taxas restantes. Conseqüentemente, ele se matriculou na Central Grammar School for Boys em Manchester, onde se reuniu com seus pais. Nessa época, ele tinha dois irmãos mais novos, Harry e Hubert; uma irmã mais velha faleceu na infância. Aos 16 anos, Chadwick concorreu com sucesso a duas bolsas universitárias, garantindo ambas.
Em 1908, Chadwick matriculou-se na Universidade Victoria de Manchester, com a intenção de estudar matemática, mas inadvertidamente matriculou-se em física. Consistente com muitos estudantes de sua época, ele morava em casa, viajando diariamente 4 milhas (6,4 km) de ida e volta para a universidade. Após seu ano inaugural, ele recebeu uma bolsa Heginbottom para estudos de física. O departamento de física, sob a liderança de Ernest Rutherford, atribuiu projetos de pesquisa aos alunos do último ano. Rutherford encarregou Chadwick de desenvolver um método para comparar a produção de energia radioativa de duas fontes distintas. O conceito proposto envolvia quantificar essas fontes com base na atividade de 1 grama (0,035 onças) de rádio, unidade posteriormente designada como curie. Apesar da consciência de Chadwick da impraticabilidade da sugestão inicial de Rutherford – uma preocupação que ele hesitou em expressar – ele perseverou e finalmente formulou a metodologia necessária. Essas descobertas constituíram a publicação inaugural de Chadwick, em coautoria com Rutherford, publicada em 1912. Ele completou sua graduação com honras de primeira classe em 1911.
Depois de desenvolver um método para medir a radiação gama, Chadwick começou a quantificar a sua absorção por vários gases e líquidos. A publicação resultante foi publicada exclusivamente em seu nome. Em 1912, ele recebeu seu M.Sc. e nomeou um Beyer Fellow. No ano seguinte, recebeu uma bolsa de estudos para a Exposição de 1851, o que facilitou a sua continuação de estudos e pesquisas numa universidade na Europa continental. Em 1913, ele optou por ingressar no Physikalisch-Technische Reichsanstalt em Berlim para investigar a radiação beta sob a orientação de Hans Geiger. Utilizando o contador Geiger recentemente inventado por Geiger, que oferecia precisão superior em comparação com técnicas fotográficas anteriores, Chadwick demonstrou que a radiação beta não exibia linhas discretas, como teorizado anteriormente, mas sim um espectro contínuo caracterizado por picos em regiões específicas. Durante um "O espectro contínuo permaneceu um fenômeno não resolvido por muitos anos.
Chadwick ainda estava na Alemanha quando a Primeira Guerra Mundial começou, levando ao seu internamento no campo de Ruhleben, perto de Berlim. Lá, ele foi autorizado a estabelecer um laboratório nos estábulos e conduzir experimentos científicos usando materiais improvisados, incluindo pasta de dente radioativa. Colaborando com Charles Drummond Ellis, ele investigou a ionização do fósforo e a reação fotoquímica entre monóxido de carbono e cloro. Após o Armistício com a Alemanha em novembro de 1918, ele foi libertado e voltou para a residência de seus pais em Manchester, onde compilou suas descobertas de pesquisa dos quatro anos anteriores para os comissários da Exposição de 1851. Rutherford ofereceu a Chadwick um cargo de professor de meio período em Manchester, permitindo-lhe continuar seus esforços de pesquisa. Ele investigou a carga nuclear de platina, prata e cobre, determinando experimentalmente que correspondia ao número atômico com uma margem de erro de menos de 1,5 por cento. 1919, Rutherford assumiu a direção do Laboratório Cavendish na Universidade de Cambridge, e Chadwick juntou-se a ele alguns meses depois. Chadwick recebeu uma bolsa de estudos Clerk Maxwell em 1920 e posteriormente se matriculou como candidato a doutorado no Gonville and Caius College, Cambridge. Gonville and Caius College em novembro do mesmo ano.
Carreira e Pesquisa
Cambridge
A bolsa de estudos Clerk Maxwell de Chadwick foi concluída em 1923, e ele foi sucedido pelo físico russo Pyotr Kapitza. Sir William McCormick, presidente do Conselho Consultivo do Departamento de Pesquisa Científica e Industrial, providenciou para que Chadwick se tornasse diretor assistente de pesquisa de Rutherford. Nessa função, Chadwick ajudou Rutherford na seleção do Ph.D. estudantes, um grupo que nos anos seguintes incluiu John Cockcroft, Norman Feather e Mark Oliphant, todos os quais desenvolveram amizades estreitas com Chadwick. Dado que muitos estudantes não tinham interesses de investigação definidos, Rutherford e Chadwick propuseram frequentemente tópicos adequados. Chadwick também foi responsável pela edição de todos os artigos científicos produzidos pelo laboratório.
Em 1925, Chadwick conheceu Aileen Stewart-Brown, filha de um corretor da bolsa de Liverpool. Eles se casaram em agosto de 1925, com Kapitza servindo como padrinho. O casal deu as boas-vindas a filhas gêmeas, Joanna e Judith, em fevereiro de 1927.
Em sua pesquisa contínua, Chadwick continuou a investigar o núcleo atômico. Em 1925, o conceito de spin forneceu uma explicação para o efeito Zeeman, mas introduziu simultaneamente anomalias não resolvidas. Naquela época, a teoria predominante postulava que o núcleo era composto por prótons e elétrons; por exemplo, presumia-se que um núcleo de nitrogênio com número de massa 14 continha 14 prótons e 7 elétrons. Embora este modelo tenha contabilizado corretamente a massa e a carga do núcleo, ele não conseguiu conciliar o spin observado.
Durante uma conferência em Cambridge em 1928 com foco em partículas beta e raios gama, Chadwick se reconectou com Geiger. Geiger apresentou uma versão aprimorada de seu contador Geiger, refinado por seu aluno, Walther Müller. Não tendo utilizado tal dispositivo desde a guerra, Chadwick reconheceu o potencial do contador Geiger-Müller como um avanço significativo em relação aos métodos de cintilação predominantes em Cambridge, que exigiam observação visual humana. Sua principal limitação, entretanto, foi a detecção de radiação alfa, beta e gama; conseqüentemente, o rádio, rotineiramente empregado em experimentos do Laboratório Cavendish e emitindo todos os três tipos, mostrou-se inadequado para os objetivos específicos de pesquisa de Chadwick. No entanto, o polônio, sendo um emissor alfa exclusivo, oferecia uma alternativa viável, e Lise Meitner posteriormente despachou aproximadamente 2 milicuries (equivalente a cerca de 0,5 μg) dele para Chadwick da Alemanha.
Liverpool
O advento da Grande Depressão no Reino Unido levou ao aumento do conservadorismo fiscal governamental em relação ao financiamento científico. Ao mesmo tempo, o inovador ciclotron de Ernest Lawrence apresentou uma perspectiva revolucionária para a física nuclear experimental, despertando a preocupação de Chadwick de que o Laboratório Cavendish se tornaria tecnologicamente obsoleto sem adquirir tal instrumento. Consequentemente, Chadwick sentiu-se frustrado com Rutherford, que manteve a convicção de que pesquisas significativas em física nuclear poderiam prosseguir sem aparatos substanciais e dispendiosos, e assim rejeitou a proposta de um ciclotron.
Chadwick foi um crítico notável da 'Grande Ciência' em geral, e especificamente de Lawrence, cuja metodologia ele considerava imprecisa e excessivamente dependente da tecnologia em detrimento da investigação científica fundamental. Na Conferência Solvay de 1933, quando Lawrence postulou a existência de uma partícula nova, até então desconhecida, como uma fonte potencial de energia infinita, Chadwick respondeu que os fenômenos observados eram explicados de forma mais plausível pela contaminação do equipamento. Lawrence posteriormente reavaliou suas descobertas em Berkeley, confirmando a avaliação de Chadwick, enquanto Rutherford e Oliphant conduziram simultaneamente uma investigação no Laboratório Cavendish, que revelou que a fusão do deutério com o hélio-3 foi responsável pelo efeito que Lawrence havia observado inicialmente. Isso representou outro avanço científico significativo, embora alcançado usando o acelerador de partículas Oliphant-Rutherford, um instrumento caro e avançado.
Em março de 1935, Chadwick recebeu uma oferta para a Cátedra Lyon Jones de Física na Universidade de Liverpool, localizada na cidade natal de sua esposa, como sucessor de Lionel Wilberforce. Apesar do estado antiquado do laboratório, operando exclusivamente com eletricidade de corrente contínua, Chadwick aceitou o cargo, iniciando seu mandato em 1º de outubro de 1935. A posição acadêmica da universidade foi posteriormente reforçada pelo anúncio do Prêmio Nobel de Chadwick em novembro de 1935. Sua medalha Nobel foi posteriormente leiloada em 2014, alcançando US$ 329.000.
Chadwick iniciou esforços para adquirir um ciclotron para a Universidade de Liverpool. Seu passo inicial envolveu a alocação de £ 700 para a renovação dos obsoletos laboratórios de Liverpool, permitindo a fabricação interna de certos componentes. Ele conseguiu £ 2.000 da universidade e uma bolsa adicional de £ 2.000 da Royal Society. Para a construção do ciclotron, Chadwick recrutou dois jovens especialistas, Bernard Kinsey e Harold Walke, ambos com experiência anterior com Lawrence na Universidade da Califórnia. Um fabricante local de cabos contribuiu com o condutor de cobre necessário para as bobinas. A Metropolitan-Vickers, localizada em Trafford Park, fabricou o ímã de 50 toneladas do ciclotron e também produziu sua câmara de vácuo. Em julho de 1939, o ciclotron estava totalmente instalado e operacional. O custo agregado, totalizando £ 5.184, excedeu as contribuições combinadas da universidade e da Royal Society; conseqüentemente, Chadwick cobriu pessoalmente o saldo restante usando fundos de seu prêmio Nobel de 159.917 kr (£ 8.243).
Na Universidade de Liverpool, as faculdades de Medicina e Ciências mantiveram uma estreita relação de colaboração. Chadwick foi membro automático do comitê em ambas as faculdades e, em 1938, foi nomeado para uma comissão, presidida por Lord Derby, encarregada de examinar as disposições para o tratamento do câncer em Liverpool. Chadwick imaginou que nêutrons e isótopos radioativos gerados pelo ciclotron de 37 polegadas poderiam ser fundamentais na pesquisa bioquímica e potencialmente servir como uma ferramenta terapêutica em oncologia.
Descoberta do nêutron
Na Alemanha, Walther Bothe e seu aluno, Herbert Becker, empregaram polônio para bombardear o berílio com partículas alfa, gerando uma forma anômala de radiação. James Chadwick posteriormente encarregou seu estudioso da Exposição Australiana de 1851, Hugh Webster, de replicar essas descobertas. Chadwick interpretou estas observações como corroboração para uma hipótese de longa data que partilhou com Ernest Rutherford: a existência do neutrão, uma partícula nuclear teórica desprovida de carga eléctrica. Posteriormente, em janeiro de 1932, Norman Feather alertou Chadwick sobre outro resultado inesperado. Frédéric e Irène Joliot-Curie conseguiram desalojar prótons da cera de parafina, utilizando polônio e berílio como fonte do que presumiam ser radiação gama. Rutherford e Chadwick contestaram esta interpretação, argumentando que os prótons eram excessivamente massivos para tal interação com os raios gama. Por outro lado, os nêutrons exigiriam apenas uma energia mínima para atingir o efeito idêntico. Ao mesmo tempo, em Roma, Ettore Majorana chegou independentemente à mesma conclusão: os Joliot-Curie tinham descoberto inadvertidamente o neutrão sem reconhecer a sua verdadeira natureza.
Chadwick suspendeu todos os outros compromissos para se concentrar em comprovar a existência do nêutron, recebendo assistência de Feather e muitas vezes trabalhando até altas horas da noite. Ele projetou uma configuração experimental simples que compreende um cilindro que abriga uma fonte de polônio e um alvo de berílio. A radiação emitida foi então direcionada para um material como a parafina. As partículas ejetadas, identificadas como prótons, entraram posteriormente em uma pequena câmara de ionização, onde foram detectadas por meio de um osciloscópio. Em fevereiro de 1932, após aproximadamente duas semanas de experimentação com nêutrons, Chadwick enviou uma carta à Nature, intitulada "Possível Existência de um Nêutron". Posteriormente, ele detalhou suas descobertas em um artigo enviado ao Proceedings of the Royal Society A em maio, intitulado "A existência de um nêutron". Sua identificação do nêutron representou um avanço fundamental na compreensão da física nuclear. Ao revisar a publicação de Chadwick, Robert Bacher e Edward Condon reconheceram que as inconsistências teóricas existentes, como o spin nuclear do nitrogênio, poderiam ser resolvidas se o nêutron possuísse um spin de 1/2 e se um núcleo de nitrogênio compreendesse sete prótons e sete nêutrons.
Os físicos teóricos Niels Bohr e Werner Heisenberg investigaram se o nêutron constituía uma partícula nuclear fundamental, semelhante ao próton e ao elétron, em vez de um composto próton-elétron. Heisenberg demonstrou que o nêutron foi caracterizado com mais precisão como uma nova partícula nuclear, embora suas características precisas permanecessem indefinidas. Durante sua Palestra Bakeriana de 1933, Chadwick calculou que a massa do nêutron era de aproximadamente 1,0067 Da. Dado que um próton e um elétron possuíam coletivamente uma massa de 1,0078 u, isso sugeria que um nêutron, se considerado um composto próton-elétron, teria uma energia de ligação de aproximadamente 92 MeV. Embora este valor parecesse plausível, a estabilidade de uma partícula com uma energia de ligação tão mínima representava um desafio conceitual. No entanto, a determinação de uma diferença de massa tão diminuta exigiu medições excepcionalmente precisas, levando a várias descobertas contraditórias entre 1933 e 1934. Por exemplo, Frédéric e Irène Joliot-Curie relataram um valor substancial de massa de nêutrons através do bombardeio de partículas alfa de boro, enquanto o grupo de Ernest Lawrence na Universidade da Califórnia obteve um valor menor. Posteriormente, Maurice Goldhaber, um refugiado da Alemanha nazista e estudante de graduação no Laboratório Cavendish, propôs a Chadwick que os deutérios poderiam sofrer fotodesintegração quando expostos aos raios gama de 2,6 MeV emitidos pelo 208Tl (então identificado como tório C").
- Este processo específico ofereceu um método para determinar com precisão a massa do nêutron. Chadwick e Goldhaber implementaram esta abordagem e confirmaram a sua eficácia. Eles mediram a energia cinética do próton resultante em 1,05 MeV, isolando assim a massa do nêutron como a única variável desconhecida em seu cálculo. Chadwick e Goldhaber calcularam a massa do nêutron em 1,0084 ou 1,0090 unidades atômicas, dependendo dos valores de massa específicos empregados para o próton e o deutério. (O valor de massa atualmente aceito para o nêutron é 1,00866 Da.) A massa determinada do nêutron era substancial demais para ser consistente com uma composição de par próton-elétron.
Um valor preciso para a massa do nêutron poderia ser determinado a partir deste processo. Chadwick e Goldhaber tentaram fazer isso e descobriram que funcionava. Eles mediram a energia cinética do próton produzido como 1,05 MeV, deixando a massa do nêutron como a incógnita na equação. Chadwick e Goldhaber calcularam que era 1,0084 ou 1,0090 unidades atômicas, dependendo dos valores usados para as massas do próton e do deutério. (O valor moderno aceito para a massa do nêutron é 1,00866 Da.) A massa do nêutron era muito grande para ser um par próton-elétron.
Chadwick recebeu vários elogios pela sua descoberta do neutrão, incluindo a Medalha Hughes em 1932, o Prémio Nobel da Física em 1935, a Medalha Copley em 1950 e a Medalha Franklin em 1951. Esta descoberta fundamental permitiu a síntese laboratorial de elementos transurânicos através da captura de neutrões lentos seguida de decaimento beta. Em contraste com as partículas alfa carregadas positivamente, que sofrem repulsão das forças elétricas dentro dos núcleos atômicos, os nêutrons não estão sujeitos à barreira de Coulomb. Conseqüentemente, eles podem penetrar e integrar-se facilmente nos núcleos até mesmo dos elementos mais pesados, como o urânio. Esta característica levou Enrico Fermi a explorar reações nucleares induzidas por colisões lentas de nêutrons, um empreendimento que lhe valeu o Prêmio Nobel em 1938.
Em 4 de dezembro de 1930, Wolfgang Pauli postulou a existência de uma nova partícula para elucidar o espectro contínuo da radiação beta, um fenômeno que Chadwick havia documentado em 1914. A aparente discrepância na conservação de energia, onde nem toda a energia da radiação beta foi contabilizada, levou Pauli a propor que uma partícula adicional, então não descoberta, deveria estar envolvida. Pauli inicialmente se referiu a esta partícula como um nêutron, mas era diferente da descoberta de Chadwick. Posteriormente, Fermi o renomeou como neutrino, derivado do italiano para "pequeno nêutron". Em 1934, Fermi avançou sua teoria do decaimento beta, postulando que os elétrons emitidos do núcleo se originavam do decaimento de um nêutron em um próton, um elétron e um neutrino. Embora o neutrino pudesse explicar a falta de energia, a sua massa mínima e a falta de carga eléctrica tornaram a sua detecção difícil. Rudolf Peierls e Hans Bethe calcularam que os neutrinos poderiam atravessar a Terra com facilidade, sugerindo uma baixa probabilidade de observação. No entanto, Frederick Reines e Clyde Cowan confirmaram experimentalmente o neutrino em 14 de junho de 1956, posicionando um detector dentro de um fluxo substancial de antineutrinos emanando de um reator nuclear próximo.
A Segunda Guerra Mundial
Projeto de ligas de tubos e relatório MAUD
Durante a Segunda Guerra Mundial, Chadwick se envolveu em pesquisas para o projeto Tube Alloys, que visava desenvolver uma bomba atômica, simultaneamente com seu laboratório em Manchester e seus arredores, suportando bombardeios aéreos da Luftwaffe. Seguindo o Acordo de Quebec, que integrou sua iniciativa com o Projeto American Manhattan, Chadwick juntou-se à Missão Britânica, realizando trabalhos no Laboratório de Los Alamos e em Washington, DC Notavelmente, ele conquistou a confiança quase total do diretor do projeto Leslie R. Groves, Jr. Posteriormente, atuou como consultor científico britânico da Comissão de Energia Atômica das Nações Unidas. Expressando desconforto com a tendência crescente da "Grande Ciência", ele retornou a Cambridge, assumindo o papel de Mestre do Gonville and Caius College em 1948. Na Alemanha, Otto Hahn e Fritz Strassmann conduziram experimentos bombardeando urânio com nêutrons, observando a produção de bário, um elemento mais leve, entre os produtos da reação. Anteriormente, tais processos produziam apenas elementos de massa atômica igual ou maior. Em janeiro de 1939, Lise Meitner e seu sobrinho Otto Frisch publicaram um artigo seminal que elucidou esse resultado inesperado, cativando a comunidade física. Eles postularam que os átomos de urânio, quando submetidos ao bombardeio de nêutrons, poderiam se dividir em dois fragmentos aproximadamente iguais, um processo que chamaram de fissão nuclear. Seus cálculos indicaram uma liberação de energia de aproximadamente 200 MeV, significando uma produção de energia de ordens de magnitude superior à das reações químicas, uma teoria que Frisch posteriormente validou experimentalmente. Hahn logo reconheceu que se os nêutrons fossem liberados durante a fissão, uma reação nuclear em cadeia poderia ser iniciada. Os cientistas franceses Pierre Joliot, Hans von Halban e Lew Kowarski confirmaram posteriormente que, de facto, mais do que um neutrão foi emitido por evento de fissão. Num artigo colaborativo com o físico americano John Wheeler, Niels Bohr teorizou que a fissão era mais provável no isótopo urânio-235, que constitui apenas 0,7% do urânio que ocorre naturalmente.
Chadwick, sem acreditar na perspectiva de outra guerra com a Alemanha em 1939, levou a família para passar férias num lago isolado no norte da Suécia. Consequentemente, a declaração da Segunda Guerra Mundial foi um choque profundo. Decidido a evitar o internamento, Chadwick viajou rapidamente para Estocolmo com a sua família, apenas para descobrir que todos os voos entre Estocolmo e Londres foram suspensos. A viagem de volta à Inglaterra foi feita a bordo de um navio a vapor. Ao chegar a Liverpool, Chadwick encontrou Joseph Rotblat, um pós-doutorado polonês que pretendia colaborar no projeto do ciclotron, mas agora estava sem apoio financeiro devido à interrupção de fundos da Polônia. Chadwick nomeou imediatamente Rotblat como conferencista, apesar de sua proficiência limitada em inglês.
Em outubro de 1939, Edward Appleton, Secretário do Departamento de Pesquisa Científica e Industrial, solicitou a avaliação de Chadwick sobre a viabilidade de uma bomba atômica. A resposta de Chadwick foi circunspecta; embora não descartasse o conceito, detalhou meticulosamente os numerosos desafios teóricos e práticos. Posteriormente, Chadwick optou por investigar mais a fundo as características do óxido de urânio com Rotblat. Em março de 1940, Otto Frisch e Rudolf Peierls, da Universidade de Birmingham, revisitaram essas considerações teóricas em um documento mais tarde denominado memorando Frisch-Peierls. A análise deles mudou do óxido de urânio não enriquecido para uma esfera de urânio-235 puro, revelando que uma reação em cadeia não só era possível, mas também poderia ser iniciada com apenas 1 quilograma (2,2 lb) de urânio-235, liberando energia equivalente a toneladas de dinamite.
Para examinar mais aprofundadamente esta questão, foi criado um subcomité especializado do Comité para o Estudo Científico da Guerra Aérea (CSSAW), designado Comité MAUD. Presidido por George Paget Thomson, seus membros iniciais incluíam Chadwick, Mark Oliphant, John Cockcroft e Philip Moon. Enquanto outros grupos exploravam metodologias de enriquecimento de urânio, a equipa de Chadwick em Liverpool concentrou-se na determinação da secção transversal nuclear do urânio-235. Em abril de 1941, dados experimentais confirmaram que a massa crítica do urânio-235 poderia ser de 8 quilogramas (18 lb) ou menos. Esta pesquisa foi significativamente prejudicada pelos persistentes bombardeios aéreos da Luftwaffe perto de seu laboratório em Liverpool, que frequentemente quebravam janelas, necessitando de sua substituição por papelão.
Em julho de 1941, Chadwick foi encarregado de redigir a versão conclusiva do Relatório MAUD. Este documento, apresentado por Vannevar Bush ao presidente Franklin D. Roosevelt em outubro de 1941, levou o governo dos EUA a alocar fundos substanciais para o desenvolvimento da bomba atómica. Durante uma Pegram e Harold Urey para avaliar o progresso do projeto, então conhecido como Tube Alloys, Chadwick transmitiu sua convicção, afirmando: "Eu gostaria de poder dizer a vocês que a bomba não vai funcionar, mas tenho 90 por cento de certeza de que funcionará." Graham Farmelo, em uma publicação contemporânea sobre a iniciativa da bomba atômica, afirmou que "Chadwick fez mais do que qualquer outro cientista para dar a bomba a Churchill. ... Chadwick foi testado quase até o ponto de ruptura." Sua profunda ansiedade, que perturbou seu sono, levou Chadwick a depender de pílulas para dormir durante a maior parte de sua vida subsequente. Mais tarde, Chadwick articulou sua percepção de que "uma bomba nuclear não era apenas possível - era inevitável. Mais cedo ou mais tarde, essas ideias não poderiam ser peculiares a nós. Todo mundo pensaria nelas em pouco tempo, e algum país as colocaria em ação". Sir Hermann Bondi postulou que foi fortuito que Chadwick, e não Rutherford, ocupasse a posição de destaque na física do Reino Unido naquela época, já que a reputação estabelecida de Rutherford poderia ter ofuscado o envolvimento prospectivo de Chadwick com o potencial da bomba.
Projeto Manhattan
Devido à ameaça de bombardeio aéreo, a família Chadwick evacuou seus gêmeos para o Canadá sob um esquema governamental. Ao mesmo tempo, Chadwick expressou reservas sobre a transferência do projeto Tube Alloys para o Canadá, afirmando a adequação do Reino Unido para uma instalação de separação de isótopos. Em 1942, a imensa escala do empreendimento tornou-se evidente: mesmo uma instalação de separação preliminar foi projetada para exceder 1 milhão de libras, sobrecarregando severamente os recursos britânicos, enquanto uma instalação em grande escala foi estimada em aproximadamente 25 milhões de libras. Consequentemente, a construção na América tornou-se imperativa. Embora os britânicos reconhecessem a necessidade de um esforço colaborativo, os rápidos avanços do Projeto Americano Manhattan diminuíram a percepção da criticidade da cooperação britânica, apesar do interesse americano em aproveitar a experiência de Chadwick.
A resolução da questão da cooperação internacional exigiu um envolvimento diplomático de alto nível. Em setembro de 1943, o primeiro-ministro Winston Churchill e o presidente Roosevelt formalizaram o Acordo de Quebec, que restabeleceu os esforços de colaboração entre a Grã-Bretanha, os Estados Unidos e o Canadá. Posteriormente, Sir Wallace Akers, diretor da Tube Alloys, convocou Chadwick, Oliphant, Peierls e Simon aos Estados Unidos para contribuir com o Projeto Manhattan. O Acordo de Quebec também instituiu um novo Comitê de Política Combinada para supervisionar a iniciativa conjunta. Dadas as reservas americanas sobre Akers, Chadwick foi designado consultor técnico deste comitê e nomeado chefe da Missão Britânica. Depois de confiar responsabilidades a Rotblat em Liverpool, Chadwick iniciou um tour abrangente pelas instalações do Projeto Manhattan em novembro de 1943. Notavelmente, ele teve acesso negado ao local de Hanford, onde o plutônio foi fabricado. Este privilégio único posicionou-o como o único indivíduo, além de Groves e seu vice, a ter acesso a todas as instalações americanas de pesquisa e produção dedicadas à bomba de urânio. Ao observar a construção da instalação de difusão gasosa K-25 em Oak Ridge, Tennessee, Chadwick reconheceu a impraticabilidade de construir tal planta na Grã-Bretanha em tempo de guerra, reconhecendo que sua imensa escala teria tornado impossível escondê-la da Luftwaffe. No início de 1944, ele se mudou para Los Alamos, Novo México, acompanhado de sua esposa e seus gêmeos, que já haviam adotado sotaque canadense. Para protocolos de segurança, ele adotou o pseudônimo James Chaffee.
Chadwick reconheceu que a assistência americana não era estritamente necessária, mas reconheceu o seu potencial para acelerar a conclusão bem sucedida do projecto. Colaborando intimamente com o major-general Leslie R. Groves Jr., diretor do Projeto Manhattan, Chadwick dedicou-se a apoiar a iniciativa. Além disso, procurou estrategicamente integrar cientistas britânicos em vários componentes do projecto, com o objectivo de lançar as bases para um programa de armas nucleares britânico no pós-guerra, um compromisso que manteve firmemente. Os pedidos de Groves, canalizados através de Chadwick, para cientistas específicos frequentemente encontravam resistência inicial de suas respectivas empresas, ministérios ou universidades, apenas para serem substituídos pela prioridade suprema atribuída ao projeto Tube Alloys. Consequentemente, o contingente britânico revelou-se indispensável para o sucesso global do Projecto.
Apesar de possuir um conhecimento incomparável do projecto entre o pessoal britânico, Chadwick faltou consistentemente acesso às instalações de Hanford. Em 1946, quando Lord Portal recebeu um convite para visitar Hanford - a única instalação da qual Chadwick foi impedido durante a guerra - Chadwick solicitou permissão de Groves para acompanhá-lo. Groves concordou, mas advertiu que o acesso de Portal seria significativamente restrito se Chadwick estivesse presente. Por suas contribuições, Chadwick foi premiado com o título de cavaleiro nas Honras de Ano Novo em 1º de janeiro de 1945, um prêmio que ele interpretou como um reconhecimento coletivo de todo o projeto Tube Alloys.
No início de 1945, Chadwick residia principalmente em Washington, D.C., com sua família se mudando de Los Alamos para Dupont Circle em abril daquele ano. Ele participou da reunião do Comitê de Política Combinada em 4 de julho, onde o marechal de campo Sir Henry Maitland Wilson confirmou o consentimento da Grã-Bretanha para o uso da bomba atômica contra o Japão. Chadwick também esteve presente no teste nuclear Trinity em 16 de julho, testemunhando a detonação da primeira bomba atômica. O dispositivo incorporou um iniciador de nêutrons modulado por polônio-berílio, um avanço tecnológico decorrente do método que Chadwick empregou para descobrir o nêutron mais de uma década antes. William L. Laurence, repórter do The New York Times designado para o Projeto Manhattan, observou que "nunca antes na história um homem viveu para ver sua própria descoberta se materializar com um efeito tão revelador sobre o destino do homem".
Vida posterior
Após o fim da guerra, Chadwick foi nomeado para o Comitê Consultivo de Energia Atômica (ACAE) e serviu como conselheiro científico britânico da Comissão de Energia Atômica das Nações Unidas. Ele encontrou divergências com Patrick Blackett, membro da ACAE, que se opôs à convicção de Chadwick de que a Grã-Bretanha precisava de suas próprias armas nucleares; no entanto, a perspectiva de Chadwick acabou prevalecendo. Ele retornou à Grã-Bretanha em 1946, encontrando uma nação que ainda lutava contra o racionamento do tempo de guerra e a escassez de recursos.
Neste momento, Sir James Mountford, vice-chanceler da Universidade de Liverpool, registrou em seu diário que nunca havia encontrado um indivíduo "tão fisicamente, mentalmente e espiritualmente cansado" como Chadwick, pois ele "havia mergulhado em decisões morais tão profundas que homens mais afortunados nunca são chamados nem mesmo para espiar ... [e sofrer] ... quase agonias insuportáveis de responsabilidade decorrentes de seu trabalho científico'."
Em setembro de 1949, Edward Teller visitou a Inglaterra para discutir energia nuclear e segurança, jantando com Sir James Chadwick e sua esposa em sua residência em Cambridge. Embora sua esposa fosse uma conversadora envolvente, Sir James permaneceu caracteristicamente reservado. No entanto, quando Teller fez um comentário desfavorável sobre o General Groves, Chadwick tornou-se notavelmente vocal, afirmando que o projeto não teria tido sucesso sem Groves, apesar de reconhecer a antipatia de Groves pelos britânicos.
Em 1948, Chadwick aceitou o mestrado do Gonville and Caius College, Cambridge. Esta posição era prestigiosa, mas carecia de autoridade clara, já que o Mestre servia como chefe titular, enquanto o poder real residia em um conselho de 13 bolsistas, incluindo o Mestre. Como Mestre, Chadwick se esforçou para elevar a posição acadêmica da faculdade. Ele ampliou o número de bolsas de pesquisa de 31 para 49 e procurou ativamente atrair novos talentos. Isto envolveu decisões controversas, como as nomeações em 1951 do bioquímico chinês Tien-chin Tsao e do economista húngaro Peter Bauer. Em um evento apelidado de "Revolta dos Camponeses", companheiros liderados por Patrick Hadley votaram para retirar um velho amigo de Chadwick do conselho, substituindo-o por Bauer. Aliados adicionais de Chadwick foram removidos nos anos seguintes, levando à sua aposentadoria em novembro de 1958. Notavelmente, durante seu mestrado, Francis Crick, um Ph.D. estudante do Gonville and Caius College, junto com Rosalind Franklin e James Watson, elucidou a estrutura do DNA. Na década de 1970, a saúde de Chadwick piorou e ele raramente saía de seu apartamento, embora tenha viajado para Liverpool para as comemorações de seu octogésimo aniversário. Ateu de longa data, ele manteve sua visão de mundo secular ao longo de seus últimos anos. Ele faleceu pacificamente enquanto dormia em 24 de julho de 1974, em Cambridge, aos 82 anos.
Reconhecimento
Associações
Prêmios
Honras de Cavalaria
Comemoração
- Os documentos de arquivo de Chadwick estão preservados no Churchill Archives Centre em Cambridge e estão acessíveis ao público.
- O Laboratório Chadwick está localizado na Universidade de Liverpool.
- A Cátedra Sir James Chadwick de Física Experimental, também da Universidade de Liverpool, foi criada em 1991 como parte das comemorações do centenário de seu nascimento.
- O Edifício James Chadwick da Universidade de Manchester abriga partes da Escola de Engenharia Química e Ciências Analíticas, bem como o Centro Industrial para Engenharia Sustentável.
- Lorna Arnold, historiadora oficial da Autoridade de Energia Atômica do Reino Unido, caracterizou Chadwick como "um físico, um cientista-diplomata e um homem bom, sábio e humano".
- A cratera Chadwick está localizada na Lua.
Notas
Referências
- "Sir James Chadwick, F.R.S." Natureza, 161 (4103): 964, 1948. Bibcode:1948Natur.161Q.964.. doi:10.1038/161964a0."Sir James Chadwick, C.H., LL.D., F.R.S.: 80º aniversário." Física Contemporânea, 13 (3): 310, 1972. Bibcode:1972ConPh..13..310.. doi:10.1080/00107517208205684.Rutherford, Ernest; Chadwick, James; Ellis, Charles D. (2010). Radiação de Substâncias Radioativas (Reimpressão da 2ª ed.). Imprensa da Universidade de Cambridge. ISBN 978-1-108-00901-0.Transcrição de uma entrevista de história oral com James Chadwick realizada em 15 de abril de 1969, arquivada no American Institute of Physics, Niels Bohr Library & Arquivos (Sessão I).
- Transcrição da entrevista de história oral com James Chadwick em 15 de abril de 1969, Instituto Americano de Física, Niels Bohr Library & Arquivos – Sessão I
- Transcrição de uma entrevista de história oral com James Chadwick realizada em 16 de abril de 1969, arquivada no Instituto Americano de Física, Niels Bohr Library & Arquivos (Sessão II).
- Transcrição de uma entrevista de história oral com James Chadwick realizada em 17 de abril de 1969, arquivada no Instituto Americano de Física, Niels Bohr Library & Arquivos (Sessão III).
- Transcrição de uma entrevista de história oral com James Chadwick realizada em 20 de abril de 1969, arquivada no Instituto Americano de Física, Niels Bohr Library & Arquivos (Sessão IV).
- James Chadwick em Nobelprize.org