James Chadwick

Seçkin bir İngiliz deneysel fizikçi olan Sir James Chadwick (20 Ekim 1891 – 24 Temmuz 1974), çığır açan nötron keşfinden dolayı 1935'te Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü. Önemli katkıları, 1941'de son taslağını yazdığı MAUD Raporu'na kadar uzandı; bu belge, Amerika Birleşik Devletleri hükümetini önemli atom bombası araştırmaları başlatmaya teşvik etmede etkili oldu. İkinci Dünya Savaşı sırasında Chadwick, Manhattan Projesi'ne katılan İngiliz birliğine liderlik etti. Nükleer fizikteki derin başarılarından dolayı 1945'te Britanya'da şövalyelik unvanı aldı.

Sir James Chadwick (20 Ekim 1891 – 24 Temmuz 1974), nötronu keşfiyle 1935'te Nobel Fizik Ödülü'nü alan İngiliz deneysel fizikçiydi. 1941'de ABD hükümetine ciddi atom bombası araştırma çalışmalarına başlama konusunda ilham veren MAUD Raporunun son taslağını yazdı. Dünya Savaşı sırasında Manhattan Projesi'nde çalışan İngiliz ekibinin başındaydı. Nükleer fizikteki başarılarından dolayı 1945'te Britanya'da şövalye unvanıyla ödüllendirildi.

Chadwick, lisans eğitimini 1911'de Manchester Victoria Üniversitesi'nde tamamladı; burada, geniş çapta "nükleer fiziğin babası" olarak tanınan Ernest Rutherford'un danışmanlığını yaptı. Lisansüstü çalışmalarına Manchester'da Rutherford'un rehberliğinde devam etti ve 1913'te Yüksek Lisans derecesini aldı. Aynı yıl Chadwick, 1851 Sergisi için Kraliyet Komisyonu'ndan 1851 Araştırma Bursu aldı ve Berlin'de Hans Geiger ile beta radyasyonu üzerine araştırma yapmayı seçti. Geiger'in yenilikçi Geiger sayacını kullanan Chadwick, beta radyasyonunun sürekli bir spektrum sergilediğini kesin olarak gösterdi ve bunun ayrık çizgiler ürettiği yönündeki yaygın inanca meydan okudu. Almanya'da geçirdiği süre I. Dünya Savaşı'nın patlak vermesiyle kesintiye uğradı ve bunun sonucunda Ruhleben kampında dört yıl hapsedildi.

Birinci Dünya Savaşı'nın ardından Chadwick, Cambridge Üniversitesi Cavendish Laboratuvarı'nda Rutherford'a katıldı ve burada Haziran 1921'de Gonville ve Caius College aracılığıyla Rutherford'un gözetiminde Felsefe Doktoru derecesini aldı. On yılı aşkın bir süre, o zamanlar fizik araştırmaları için önde gelen bir küresel merkez olan ve John Cockcroft, Norman Feather ve Mark Oliphant gibi önemli öğrencilerin ilgisini çeken Cavendish Laboratuvarı'nda Rutherford'un araştırma direktör yardımcısı olarak görev yaptı. Nötron keşfinin ardından Chadwick, onun kütlesini ölçmeye başladı ve onun kanser tedavisinde önemli bir araç olma potansiyelini öngördü. 1935'te Chadwick, Liverpool Üniversitesi'nde fizik profesörü olmak üzere Cavendish Laboratuvarı'ndan ayrıldı. Burada eski bir laboratuvarı modernize etti ve burayı bir siklotron kurarak nükleer fizik çalışmaları için önemli bir merkez haline getirdi.

Erken Yaşam ve Eğitim

James Chadwick, 20 Ekim 1891'de İngiltere'nin Cheshire kentinde, pamuk iplikçisi John Joseph Chadwick ile ev hizmetçisi Anne Mary Knowles'ın en büyük çocuğu olarak dünyaya geldi. Babasının büyükbabasının onuruna James adını aldı. 1895'te ebeveynleri Manchester'a taşındı ve bakımını anne tarafından büyükanne ve büyükbabasına emanet etti. Chadwick, Bollington Cross İlkokuluna gitti ve ardından Manchester Gramer Okulu'ndan burs teklifi aldı; ancak ailesi, kalan mütevazı ücretleri karşılayamayacakları için reddetti. Sonuç olarak, Manchester'daki Merkezi Erkek Çocuklar için Dilbilgisi Okulu'na kaydoldu ve burada ailesiyle yeniden bir araya geldi. Bu sırada Harry ve Hubert adında iki küçük erkek kardeşi vardı; bir ablası bebekken vefat etmişti. Chadwick, 16 yaşındayken iki üniversite bursu için başarıyla yarıştı ve ikisini de kazandı.

1908'de Chadwick, Manchester Victoria Üniversitesi'ne kaydoldu; matematikle ilgilenmek istiyordu ancak istemeden de olsa fiziğe kaydoldu. Çağının birçok öğrencisi gibi o da evinde yaşıyordu ve üniversiteye günde 4 mil (6,4 km) gidip geliyordu. Göreve başladığı yılın ardından fizik çalışmaları alanında Heginbottom Bursu'na layık görüldü. Ernest Rutherford liderliğindeki fizik bölümü son sınıf öğrencilerine araştırma projeleri verdi. Rutherford, Chadwick'i iki farklı kaynağın radyoaktif enerji çıkışını karşılaştıracak bir yöntem geliştirmekle görevlendirdi. Önerilen konsept, daha sonra Curie olarak adlandırılan bir birim olan 1 gram (0,035 oz) radyumun aktivitesine dayalı olarak bu kaynakların miktarının belirlenmesini içeriyordu. Chadwick, Rutherford'un ilk önerisinin pratik olmadığının farkında olmasına rağmen (dile getirmekte tereddüt ettiği bir endişeydi) ısrar etti ve sonunda gerekli metodolojiyi formüle etti. Bu bulgular, Chadwick'in Rutherford'la birlikte yazdığı ve 1912'de yayınlanan ilk yayınını oluşturdu. Chadwick, 1911'de Birinci Sınıf Onur derecesiyle diplomasını tamamladı.

Gama radyasyonunu ölçmek için bir yöntem geliştirdikten sonra Chadwick, bunun çeşitli gazlar ve sıvılar tarafından emilimini ölçmeye başladı. Ortaya çıkan yayın yalnızca onun adı altında yayınlandı. 1912'de Yüksek Lisans derecesini aldı. ve bir Beyer Üyesi atadı. Ertesi yıl, Kıta Avrupası'ndaki bir üniversitede eğitim ve araştırma yapmasını kolaylaştıran 1851 Sergi Bursu'nu aldı. 1913'te Hans Geiger'in gözetiminde beta radyasyonunu araştırmak için Berlin'deki Physikalisch-Technische Reichsanstalt'a katılmayı seçti. Daha önceki fotoğraf teknikleriyle karşılaştırıldığında üstün hassasiyet sunan Geiger'in yakın zamanda icat ettiği Geiger sayacını kullanan Chadwick, beta radyasyonunun daha önce teorileştirildiği gibi ayrı çizgiler sergilemediğini, bunun yerine belirli bölgelerdeki tepe noktalarıyla karakterize edilen sürekli bir spektrum sergilediğini gösterdi. " Sürekli spektrum uzun yıllar boyunca çözülmemiş bir fenomen olarak kaldı.

Chadwick, Birinci Dünya Savaşı başladığında hâlâ Almanya'daydı ve bu onun Berlin yakınlarındaki Ruhleben kampında tutuklanmasına yol açtı. Burada ahırlarda bir laboratuvar kurmasına ve radyoaktif diş macunu da dahil olmak üzere doğaçlama malzemeler kullanarak bilimsel deneyler yapmasına izin verildi. Charles Drummond Ellis ile işbirliği yaparak fosforun iyonizasyonunu ve karbon monoksit ile klor arasındaki fotokimyasal reaksiyonu araştırdı. Kasım 1918'de Almanya ile Mütareke'nin ardından serbest bırakıldı ve Manchester'daki ailesinin evine geri döndü; burada 1851 Sergisi komisyon üyeleri için önceki dört yıla ait araştırma bulgularını derledi.

Rutherford, Chadwick'e Manchester'da yarı zamanlı bir öğretmenlik pozisyonu teklif ederek araştırma çabalarına devam etmesini sağladı. Platin, gümüş ve bakırın nükleer yükünü araştırdı ve deneysel olarak bunun 1,5'ten daha az bir hata marjıyla atom numarasına karşılık geldiğini belirledi. Nisan 1919'da Rutherford, Cambridge Üniversitesi'ndeki Cavendish Laboratuvarı'nın direktörlüğünü üstlendi ve birkaç ay sonra Chadwick'e katıldı. 1920'de Chadwick'e Clerk Maxwell Öğrenciliği verildi ve ardından doktora öğrencisi olarak Cambridge'deki Gonville ve Caius College'a kaydoldu. Aynı yılın Kasım ayında Gonville ve Caius Koleji Üyesi.

Kariyer ve Araştırma

Cambridge

Chadwick'in Katip Maxwell Öğrenciliği 1923'te sona erdi ve onun yerine Rus fizikçi Pyotr Kapitza geçti. Bilimsel ve Endüstriyel Araştırma Departmanı Danışma Konseyi Başkanı Sir William McCormick, Chadwick'in Rutherford'un araştırma direktör yardımcısı olmasını ayarladı. Bu sıfatla Chadwick, Rutherford'a doktora derecesini seçmede yardımcı oldu. Sonraki yıllarda John Cockcroft, Norman Feather ve Mark Oliphant'ın da dahil olduğu ve hepsi Chadwick'le yakın dostluklar geliştiren bir grup öğrenciydi. Pek çok öğrencinin tanımlanmış araştırma ilgi alanlarına sahip olmadığı göz önüne alındığında, Rutherford ve Chadwick sıklıkla uygun konular önerdiler. Chadwick ayrıca laboratuvar tarafından üretilen tüm bilimsel makalelerin düzenlenmesinden de sorumluydu.

1925'te Chadwick, Liverpool'lu bir borsacının kızı Aileen Stewart-Brown ile tanıştı. Ağustos 1925'te evlendiler ve Kapitza sağdıç olarak görev yaptı. Çiftin, Şubat 1927'de ikiz kızları Joanna ve Judith dünyaya geldi.

Chadwick, devam eden araştırmasında atom çekirdeğini araştırmaya devam etti. 1925'e gelindiğinde spin kavramı Zeeman etkisine bir açıklama getirmişti ama aynı zamanda çözülmemiş anomalileri de beraberinde getirmişti. O zamanlar geçerli olan teori, çekirdeğin protonlardan ve elektronlardan oluştuğunu öne sürüyordu; örneğin kütle numarası 14 olan bir nitrojen çekirdeğinin 14 proton ve 7 elektron içerdiği varsayılmıştır. Bu model, çekirdeğin kütlesini ve yükünü doğru bir şekilde açıklasa da gözlemlenen dönüşünü bağdaştıramadı.

1928'de Cambridge'de beta parçacıkları ve gama ışınlarına odaklanan bir konferans sırasında Chadwick, Geiger ile yeniden bağlantı kurdu. Geiger, öğrencisi Walther Müller tarafından geliştirilen Geiger sayacının geliştirilmiş bir versiyonunu sundu. Savaştan bu yana böyle bir cihazı kullanmamış olan Chadwick, Geiger-Müller sayacının potansiyelinin, Cambridge'de insanın görsel gözlemini gerektiren geçerli sintilasyon yöntemlerine göre önemli bir ilerleme olduğunu fark etti. Ancak birincil sınırlaması alfa, beta ve gama radyasyonunun tespitiydi; sonuç olarak, Cavendish Laboratuvarı deneylerinde rutin olarak kullanılan ve her üç türü de yayan radyumun, Chadwick'in spesifik araştırma hedefleri için uygun olmadığı ortaya çıktı. Bununla birlikte, özel bir alfa yayıcı olan polonyum geçerli bir alternatif sundu ve Lise Meitner daha sonra bunun yaklaşık 2 milikürisini (yaklaşık 0,5 μg'ye eşdeğer) Almanya'dan Chadwick'e gönderdi.

Liverpool

Birleşik Krallık'ta Büyük Buhran'ın ortaya çıkışı, bilimsel finansman konusunda hükümetin mali muhafazakarlığının artmasına yol açtı. Aynı zamanda, Ernest Lawrence'ın yenilikçi siklotronu deneysel nükleer fizik için devrim niteliğinde bir olasılık sundu ve Chadwick'in, böyle bir alet edinilmediği takdirde Cavendish Laboratuvarı'nın teknolojik açıdan geçerliliğini yitireceği yönündeki endişesini harekete geçirdi. Sonuç olarak Chadwick, önemli nükleer fizik araştırmalarının önemli ve maliyetli cihazlar olmadan ilerleyebileceği inancını sürdüren ve bu nedenle siklotron önerisini reddeden Rutherford'la hayal kırıklığı yaşadı.

Chadwick genel olarak 'Büyük Bilim'in ve özellikle de metodolojisinin kesin olmayan ve temel bilimsel araştırmaların zararına olacak şekilde teknolojiye aşırı bağımlı olduğunu düşündüğü Lawrence'ın dikkate değer bir eleştirmeniydi. 1933 Solvay Konferansı'nda Lawrence, potansiyel bir sonsuz enerji kaynağı olarak daha önce keşfedilmemiş yeni bir parçacığın varlığını öne sürdüğünde, Chadwick, gözlemlenen olayların ekipman kirliliğiyle daha makul bir şekilde açıklanabileceğini söyleyerek karşı çıktı. Lawrence daha sonra Berkeley'deki bulgularını yeniden değerlendirerek Chadwick'in değerlendirmesini doğruladı; Rutherford ve Oliphant ise eş zamanlı olarak Cavendish Laboratuvarı'nda bir araştırma yürüttü; bu araştırma, Lawrence'ın başlangıçta gözlemlediği etkiden döteryumun helyum-3'e füzyonunun sorumlu olduğunu ortaya çıkardı. Bu, pahalı ve gelişmiş bir araç olan Oliphant-Rutherford parçacık hızlandırıcısı kullanılarak elde edilmiş olsa da, bir başka önemli bilimsel atılımı temsil ediyordu.

Mart 1935'te Chadwick'e, Lionel Wilberforce'un halefi olarak, karısının memleketinde bulunan Liverpool Üniversitesi'ndeki Lyon Jones Fizik Kürsüsü'ne teklif sunuldu. Laboratuvarın yalnızca doğru akım elektriğiyle çalışan köhne durumuna rağmen Chadwick, görevine 1 Ekim 1935'te başlayarak bu pozisyonu kabul etti. Üniversitenin akademik durumu daha sonra Chadwick'in Kasım 1935'te yaptığı Nobel Ödülü duyurusuyla güçlendi. Nobel madalyası daha sonra 2014'te açık artırmada satıldı ve 329.000 dolar getirdi.

Chadwick, Liverpool Üniversitesi için bir siklotron tedarik etme çalışmalarını başlattı. İlk adımı, Liverpool'un eski laboratuvarlarının yenilenmesi için 700 £ ayırmayı ve belirli bileşenlerin şirket içinde üretilmesini sağlamayı içeriyordu. Üniversiteden başarıyla 2.000 £ ve Royal Society'den ek 2.000 £ hibe aldı. Siklotronun inşası için Chadwick, Bernard Kinsey ve Harold Walke adında iki genç uzmanı görevlendirdi; her ikisinin de California Üniversitesi'nde Lawrence ile daha önce deneyimi vardı. Yerel bir kablo üreticisi, bobinler için gereken bakır iletkeni sağladı. Trafford Park'ta bulunan Metropolitan-Vickers, siklotron'un 50 tonluk mıknatısını ve aynı zamanda vakum odasını üretti. Temmuz 1939'da siklotron tamamen kurulmuş ve çalışır durumdaydı. Toplam 5.184 £ tutarındaki toplam maliyet, üniversitenin ve Royal Society'nin toplam katkısını aştı; sonuç olarak Chadwick, 159.917 kr (8.243 £) tutarındaki Nobel Ödülü ödülünden elde edilen parayı kullanarak kalan bakiyeyi kişisel olarak karşıladı.

Liverpool Üniversitesi'nde Tıp ve Bilim fakülteleri yakın bir işbirliği ilişkisini sürdürdü. Chadwick her iki fakültede de otomatik komite üyeliğine sahipti ve 1938'de, başkanlığını Lord Derby'nin yaptığı ve Liverpool'daki kanser tedavisi hükümlerini incelemekle görevli bir komisyona atandı. Chadwick, 37 inçlik siklotron tarafından üretilen nötronların ve radyoaktif izotopların biyokimyasal araştırmalarda faydalı olabileceğini ve potansiyel olarak onkolojide tedavi edici bir araç olarak hizmet edebileceğini öngördü.

Nötronun keşfi

Almanya'da Walther Bothe ve öğrencisi Herbert Becker, berilyumu alfa parçacıklarıyla bombardıman etmek için polonyum kullandı ve anormal bir radyasyon türü oluşturdu. James Chadwick daha sonra Avustralyalı 1851 Sergisi uzmanı Hugh Webster'ı bu bulguları kopyalamakla görevlendirdi. Chadwick, bu gözlemleri, Ernest Rutherford'la paylaştığı uzun süredir devam eden bir hipotezin doğrulanması olarak yorumladı: nötronun varlığı, elektrik yükü olmayan teorik bir nükleer parçacık. Daha sonra, Ocak 1932'de Norman Feather, Chadwick'i başka bir beklenmedik sonuç konusunda uyardı. Frédéric ve Irène Joliot-Curie, gama radyasyonu olduğunu düşündükleri şeyin kaynağı olarak polonyum ve berilyumu kullanarak parafin mumundan protonları başarıyla uzaklaştırdılar. Rutherford ve Chadwick, gama ışınlarıyla böyle bir etkileşim için protonların aşırı derecede kütleli olduğunu ileri sürerek bu yoruma karşı çıktılar. Tersine, nötronlar aynı etkiyi elde etmek için yalnızca minimum enerjiye ihtiyaç duyacaktır. Aynı zamanda, Roma'da, Ettore Majorana da bağımsız olarak aynı sonuca vardı: Joliot-Curieler, onun gerçek doğasını bilmeden yanlışlıkla nötronu keşfetmişlerdi.

Chadwick, nötronun varlığını kanıtlamaya, Feather'dan yardım almaya ve çoğu zaman geç saatlere kadar çalışmaya odaklanma konusundaki diğer tüm taahhütlerini askıya aldı. Bir polonyum kaynağını ve bir berilyum hedefini barındıran bir silindirden oluşan basit bir deney düzeneği tasarladı. Yayılan radyasyon daha sonra parafin mumu gibi bir malzemeye yönlendirildi. Proton olarak tanımlanan fırlatılan parçacıklar daha sonra küçük bir iyonizasyon odasına girdi ve burada bir osiloskop aracılığıyla tespit edilebildi. Şubat 1932'de, yaklaşık iki haftalık nötron deneyinin ardından Chadwick, Nature'e "Bir Nötronun Olası Varlığı" başlıklı bir mektup gönderdi. Daha sonra bulgularını Mayıs ayında Kraliyet Cemiyeti A Bildirileri'ne gönderilen "Bir Nötronun Varlığı" başlıklı bir makalede ayrıntılarıyla anlattı. Nötronu tanımlaması, nükleer fiziğin anlaşılmasında çok önemli bir ilerlemeyi temsil ediyordu. Robert Bacher ve Edward Condon, Chadwick'in yayınını inceledikten sonra, nitrojenin nükleer dönüşü gibi mevcut teorik tutarsızlıkların, nötronun 1/2'lik bir dönüşe sahip olması ve bir nitrojen çekirdeğinin yedi proton ve yedi nötron içermesi durumunda çözülebileceğini fark ettiler.

Teorik fizikçiler Niels Bohr ve Werner Heisenberg, nötronun bir proton-elektron bileşimi yerine, proton ve elektrona benzeyen temel bir nükleer parçacık oluşturup oluşturmadığını araştırdı. Heisenberg, nötronun yeni bir nükleer parçacık olarak en doğru şekilde tanımlanabileceğini gösterdi, ancak kesin özellikleri tanımlanmadı. 1933'teki Bakerian Dersi sırasında Chadwick, nötronun kütlesinin yaklaşık 1,0067 Da olduğunu hesapladı. Bir proton ve bir elektronun kolektif olarak 1,0078 u kütleye sahip olduğu göz önüne alındığında, bu, bir proton-elektron bileşimi olarak kabul edilirse bir nötronun kabaca 92 MeV bağlanma enerjisine sahip olacağını gösteriyordu. Bu değer makul görünse de, bu kadar az bağlanma enerjisine sahip bir parçacığın stabilitesi kavramsal bir zorluk teşkil ediyordu. Bununla birlikte, bu kadar küçük bir kütle farkının belirlenmesi, son derece hassas ölçümler gerektirdi ve bu da 1933 ile 1934 arasında birçok çelişkili bulguya yol açtı. Örneğin, Frédéric ve Irène Joliot-Curie, borun alfa parçacığı bombardımanı yoluyla önemli bir nötron kütle değeri bildirirken, Kaliforniya Üniversitesi'ndeki Ernest Lawrence'ın grubu daha küçük bir değer elde etti. Daha sonra, Nazi Almanyası'ndan gelen bir mülteci ve Cavendish Laboratuvarı'nda yüksek lisans öğrencisi olan Maurice Goldhaber, Chadwick'e döteronların ²⁰⁸Tl (daha sonra toryum C olarak tanımlandı)

Bu özel süreç, nötronun kütlesini kesin olarak belirlemek için bir yöntem sundu. Chadwick ve Goldhaber bu yaklaşımı uyguladılar ve etkinliğini doğruladılar. Ortaya çıkan protonun kinetik enerjisini 1,05 MeV olarak ölçtüler ve böylece hesaplamalarında nötronun kütlesini bilinmeyen tek değişken olarak izole ettiler. Chadwick ve Goldhaber nötronun kütlesini, proton ve döteron için kullanılan spesifik kütle değerlerine bağlı olarak 1,0084 veya 1,0090 atom birimi olarak hesapladı. (Nötron için şu anda kabul edilen kütle değeri 1,00866 Da'dır.) Nötronun belirlenen kütlesi, proton-elektron çifti bileşimiyle tutarlı olamayacak kadar büyüktü.

Bu işlemle nötronun kütlesine ilişkin doğru bir değer belirlenebilir. Chadwick ve Goldhaber bunu denediler ve işe yaradığını gördüler. Üretilen protonun kinetik enerjisini 1,05 MeV olarak ölçtüler ve nötronun kütlesini denklemde bilinmeyen olarak bıraktılar. Chadwick ve Goldhaber, proton ve döteronun kütleleri için kullanılan değerlere bağlı olarak bunun 1,0084 veya 1,0090 atom birimi olduğunu hesapladı. (Nötronun kütlesi için modern kabul edilen değer 1,00866Da'dır.) Nötronun kütlesi bir proton-elektron çifti olamayacak kadar büyüktü.

Chadwick, nötronu keşfinden dolayı, 1932'de Hughes Madalyası, 1935'te Nobel Fizik Ödülü, 1950'de Copley Madalyası ve 1951'de Franklin Madalyası da dahil olmak üzere çok sayıda övgü aldı. Bu önemli keşif, yavaş nötronların yakalanması ve ardından beta bozunması yoluyla uranyum ötesi elementlerin laboratuvar sentezini mümkün kıldı. Atom çekirdeği içindeki elektriksel kuvvetlerden itilen pozitif yüklü alfa parçacıklarının aksine, nötronlar Coulomb bariyerine tabi değildir. Sonuç olarak, uranyum gibi en ağır elementlerin bile çekirdeklerine kolayca nüfuz edebilir ve entegre olabilirler. Bu özellik Enrico Fermi'yi yavaş nötron çarpışmalarının neden olduğu nükleer reaksiyonları keşfetmeye yöneltti ve bu çaba ona 1938'de Nobel Ödülü'nü kazandırdı.

4 Aralık 1930'da Wolfgang Pauli, Chadwick'in 1914'te belgelediği bir fenomen olan beta radyasyonunun sürekli spektrumunu aydınlatacak yeni bir parçacığın varlığını öne sürdü. Beta radyasyon enerjisinin tamamının hesaba katılmadığı enerji tasarrufundaki bariz tutarsızlık, Pauli'yi o zamanlar keşfedilmemiş ek bir parçacığın dahil edilmesi gerektiğini önermeye yöneltti. Pauli başlangıçta bu parçacığa nötron adını verdi ancak bu, Chadwick'in keşfinden farklıydı. Fermi daha sonra onu İtalyanca "küçük nötron" anlamına gelen nötrino olarak yeniden adlandırdı. 1934'te Fermi, beta bozunması teorisini geliştirdi ve çekirdekten yayılan elektronların, bir nötronun bir protona, bir elektrona ve bir nötrinoya bozunmasından kaynaklandığını öne sürdü. Nötrino kayıp enerjiyi açıklayabilirken, minimum kütlesi ve elektrik yükünün olmayışı onu tespit etmeyi zorlaştırıyordu. Rudolf Peierls ve Hans Bethe, nötrinoların Dünya'yı kolaylıkla geçebileceğini hesapladı ve bu da gözlem olasılığının düşük olduğunu gösterdi. Ancak Frederick Reines ve Clyde Cowan, 14 Haziran 1956'da yakındaki bir nükleer reaktörden yayılan önemli bir antinötrino akışının içine bir detektör yerleştirerek nötrinoyu deneysel olarak doğruladılar.

İkinci Dünya Savaşı

Tüp Alaşımları Projesi ve MAUD Raporu

İkinci Dünya Savaşı sırasında Chadwick, Luftwaffe'nin hava bombardımanlarına dayanıklı Manchester laboratuvarı ve çevresi ile eş zamanlı olarak atom bombası geliştirmeyi amaçlayan Tüp Alaşımları projesi için araştırma yaptı. Girişimini Amerikan Manhattan Projesi ile bütünleştiren Quebec Anlaşması'nın ardından Chadwick, Los Alamos Laboratuvarı'nda ve Washington D.C.'de çalışmalar üstlenerek İngiliz Misyonuna katıldı. Özellikle, proje yöneticisi Leslie R. Groves, Jr.'ın neredeyse tam güvenini kazandı. Katkılarından dolayı Chadwick, 1 Ocak 1945'te Yeni Yıl Şerefinde şövalye ilan edildi. Temmuz 1945'te Trinity nükleer testini gözlemledi. Daha sonra Birleşmiş Milletler Atom Enerjisi Komisyonu'nun İngiliz bilimsel danışmanı olarak görev yaptı. Gelişmekte olan "Büyük Bilim" eğiliminden duyduğu rahatsızlığı dile getirerek 1948'de Gonville Yüksek Lisansı ve Caius Koleji görevini üstlenerek Cambridge'e döndü.

Almanya'da Otto Hahn ve Fritz Strassmann uranyumu nötronlarla bombalayan deneyler gerçekleştirdi ve reaksiyon ürünleri arasında daha hafif bir element olan baryumun üretimini gözlemledi. Daha önce bu tür işlemler yalnızca eşit veya daha büyük atom kütlesine sahip elementler üretmişti. Ocak 1939'da Lise Meitner ve yeğeni Otto Frisch, bu beklenmedik sonuca açıklık getiren ve fizik camiasını büyüleyen ufuk açıcı bir makale yayınladılar. Uranyum atomlarının, nötron bombardımanına maruz kaldığında, nükleer fisyon adını verdikleri bir süreç olan yaklaşık olarak eşit iki parçaya bölünebileceğini öne sürdüler. Hesaplamaları, yaklaşık 200 MeV'lik bir enerji salınımına işaret ediyordu; bu da, Frisch'in daha sonra deneysel olarak doğruladığı bir teori olan, kimyasal reaksiyonlarınkini aşan büyüklükte bir enerji çıkışı anlamına geliyordu. Hahn çok geçmeden, fisyon sırasında nötronların serbest bırakılması durumunda nükleer bir zincir reaksiyonunun başlatılabileceğini fark etti. Fransız bilim adamları Pierre Joliot, Hans von Halban ve Lew Kowarski daha sonra fisyon olayı başına birden fazla nötronun yayıldığını doğruladılar. Niels Bohr, Amerikalı fizikçi John Wheeler ile birlikte yazdığı ortak bir makalede, doğal olarak oluşan uranyumun yalnızca yüzde 0,7'sini oluşturan uranyum-235 izotopunda fisyonun daha muhtemel olduğunu teorileştirdi.

1939'da Almanya ile yeni bir savaş ihtimaline inanmayan Chadwick, ailesini tatil için İsveç'in kuzeyindeki tenha bir göle götürmüştü. Sonuç olarak, İkinci Dünya Savaşı'nın ilanı derin bir şok oldu. Hapse atılmaktan kaçınmaya kararlı olan Chadwick, ailesiyle birlikte hızla Stockholm'e gitti, ancak Stockholm ile Londra arasındaki tüm uçuşların askıya alındığını keşfetti. İngiltere'ye dönüş yolculukları bir vapurla yapıldı. Liverpool'a vardığında Chadwick, siklotron projesinde işbirliği yapmayı planlayan ancak Polonya'dan gelen fonların kesilmesi nedeniyle artık mali desteği olmayan Polonyalı doktora sonrası araştırmacı Joseph Rotblat ile karşılaştı. Chadwick, İngilizce konusundaki sınırlı yeterliliğine rağmen Rotblat'ı hemen öğretim görevlisi olarak atadı.

Ekim 1939'da Bilimsel ve Endüstriyel Araştırma Departmanı Sekreteri Edward Appleton, Chadwick'ten atom bombasının uygulanabilirliğine ilişkin değerlendirmesini istedi. Chadwick'in cevabı ihtiyatlıydı; Kavramı göz ardı etmeden, sayısız teorik ve pratik zorlukları titizlikle detaylandırdı. Daha sonra Chadwick, uranyum oksidin özelliklerini Rotblat ile daha fazla araştırmayı seçti. Mart 1940'a gelindiğinde, Birmingham Üniversitesi'nden Otto Frisch ve Rudolf Peierls, daha sonra Frisch-Peierls muhtırası olarak adlandırılan bir belgede bu teorik değerlendirmeleri yeniden ele aldılar. Analizleri zenginleştirilmemiş uranyum oksitten saf uranyum-235 küresine kaydı ve zincirleme bir reaksiyonun sadece mümkün olmakla kalmayıp aynı zamanda 1 kilogram (2,2 lb) kadar az bir uranyum-235 ile başlatılabileceğini ve tonlarca dinamite eşdeğer enerji açığa çıkarılabileceğini ortaya çıkardı.

Bu konuyu daha ayrıntılı incelemek için Hava Harplarının Bilimsel Araştırması Komitesi'nin (CSSAW) MAUD Komitesi olarak adlandırılan özel bir alt komitesi kuruldu. George Paget Thomson başkanlığındaki ilk üyeler arasında Chadwick, Mark Oliphant, John Cockcroft ve Philip Moon vardı. Diğer gruplar uranyum zenginleştirme yöntemlerini araştırırken, Chadwick'in Liverpool'daki ekibi uranyum-235'in nükleer kesitini belirlemeye odaklandı. Nisan 1941'e gelindiğinde deneysel veriler, uranyum-235'in kritik kütlesinin 8 kilogram (18 lb) veya daha az olabileceğini doğruladı. Bu araştırma, Liverpool laboratuvarının yakınındaki sürekli Luftwaffe hava bombardımanları nedeniyle önemli ölçüde sekteye uğradı; bu bombardımanlar sık ​​sık camları kırarak bunların kartonla değiştirilmesini gerektirdi.

Temmuz 1941'de Chadwick'e, MAUD Raporunun nihai versiyonunun taslağını hazırlamakla görevlendirildi. Vannevar Bush tarafından Ekim 1941'de Başkan Franklin D. Roosevelt'e sunulan bu belge, ABD hükümetini atom bombası geliştirmeye önemli miktarda fon ayırmaya sevk etti. Pegram ve Harold Urey'in o zamanlar Tüp Alaşımları olarak bilinen projenin ilerleyişini değerlendirmeleri sırasında Chadwick, "Keşke size bombanın işe yaramayacağını söyleyebilseydim, ancak işe yarayacağından yüzde 90 eminim."

Graham Farmelo, atom bombası girişimiyle ilgili çağdaş bir yayında, "Chadwick, Churchill'e Bombayı vermek için diğer bilim adamlarından daha fazlasını yaptı. ... Chadwick neredeyse kırılma noktasına kadar test edildi." Uykusunu bölen derin kaygısı, Chadwick'in sonraki yaşamının büyük bölümünde uyku haplarına bağımlı olmasına neden oldu. Chadwick daha sonra, "nükleer bombanın sadece mümkün olmakla kalmayıp aynı zamanda kaçınılmaz olduğunu da fark ettiğini ifade etti. Er ya da geç bu fikirler bize özgü olamaz. Çok geçmeden herkes bunları düşünecek ve bazı ülkeler bunları eyleme geçirecektir." Sir Hermann Bondi, o dönemde Birleşik Krallık fiziğinde Rutherford'dan ziyade Chadwick'in tesadüfen önde geldiğini, aksi takdirde Rutherford'un yerleşik itibarının Chadwick'in bombanın potansiyeliyle ileriye dönük ilgisini gölgede bırakabileceğini öne sürdü.

Manhattan Projesi

Hava bombardımanı tehdidi nedeniyle Chadwick ailesi, hükümet planı kapsamında ikizlerini Kanada'ya tahliye etti. Eş zamanlı olarak Chadwick, Birleşik Krallık'ın izotop ayırma tesisine uygun olduğunu öne sürerek Tüp Alaşımları projesinin Kanada'ya taşınması konusundaki çekincelerini dile getirdi. 1942'ye gelindiğinde, girişimin devasa boyutu açıkça ortaya çıktı: Bir ön ayırma tesisinin bile 1 milyon £'u aşacağı ve bunun İngiliz kaynaklarına ciddi şekilde yük getireceği öngörülüyordu; tam ölçekli bir tesisin ise yaklaşık 25 milyon £ olacağı tahmin ediliyordu. Sonuç olarak Amerika'da inşaat zorunlu hale geldi. Her ne kadar İngilizler işbirlikçi bir çabanın gerekliliğini kabul etmiş olsa da, Amerika'nın Chadwick'in uzmanlığından yararlanma konusundaki ilgisine rağmen, Amerikan Manhattan Projesi'ndeki hızlı ilerlemeler, İngiliz işbirliğinin algılanan kritikliğini azalttı.

Uluslararası işbirliği sorununu çözmek, üst düzey diplomatik katılımı gerektirdi. Eylül 1943'te Başbakan Winston Churchill ve Başkan Roosevelt, Britanya, ABD ve Kanada arasındaki işbirliği çabalarını yeniden tesis eden Quebec Anlaşmasını resmileştirdi. Daha sonra Tube Alloys'un yöneticisi Sir Wallace Akers, Chadwick, Oliphant, Peierls ve Simon'u Manhattan Projesi'ne katkıda bulunmaları için Amerika Birleşik Devletleri'ne çağırdı. Quebec Anlaşması ayrıca ortak girişimi denetlemek için yeni bir Birleşik Politika Komitesi kurdu. Amerika'nın Akers hakkındaki çekinceleri göz önüne alındığında, Chadwick bu komitenin teknik danışmanı olarak atandı ve İngiliz Misyonu'nun başına atandı.

Rotblat'a Liverpool'daki sorumlulukları verdikten sonra Chadwick, Kasım 1943'te Manhattan Projesi kurulumlarında kapsamlı bir tur başlattı. Özellikle, plütonyumun üretildiği Hanford Bölgesine erişimi reddedildi. Bu eşsiz ayrıcalık, onu, Groves ve yardımcısı dışında, uranyum bombasına adanmış tüm Amerikan araştırma ve üretim tesislerine girebilen tek kişi olarak konumlandırdı. Oak Ridge, Tennessee'deki K-25 gaz difüzyon tesisinin inşasını gözlemledikten sonra Chadwick, savaş zamanı Britanya'sında böyle bir tesis inşa etmenin pratik olmadığını kabul etti ve devasa boyutunun bunu Luftwaffe'den saklamayı imkansız hale getireceğini fark etti. 1944'ün başlarında, eşi ve o zamanlar Kanada aksanını benimseyen ikizleriyle birlikte Los Alamos, New Mexico'ya taşındı. Güvenlik protokolleri için James Chaffee takma adını benimsedi.

Chadwick, Amerikan yardımının kesinlikle gerekli olmadığını kabul etti, ancak bunun projenin başarıyla tamamlanmasını hızlandırma potansiyelinin de farkındaydı. Manhattan Projesi'nin yöneticisi Tümgeneral Leslie R. Groves Jr. ile yakın işbirliği yapan Chadwick, kendisini girişimi desteklemeye adadı. Dahası, İngiliz bilim adamlarını stratejik olarak çeşitli proje bileşenlerine entegre etmeye çalıştı ve savaş sonrası İngiliz nükleer silah programına zemin hazırlamayı amaçladı ve bu taahhüdünü güçlü bir şekilde destekledi. Groves'tan Chadwick aracılığıyla iletilen belirli bilim adamlarına yönelik talepler, genellikle ilk başta ilgili şirketlerden, bakanlıklardan veya üniversitelerden gelen dirençle karşılaştı, ancak yerini Boru Alaşımları projesine verilen olağanüstü öncelik aldı. Sonuç olarak, İngiliz birliğinin Projenin genel başarısı için vazgeçilmez olduğu kanıtlandı.

İngiliz personelin projeyle ilgili benzersiz bilgisine sahip olmasına rağmen Chadwick, Hanford tesisine sürekli olarak erişemiyordu. 1946'da Lord Portal'a, Chadwick'in savaş sırasında girmesi yasaklanan tek tesis olan Hanford'u gezme daveti gönderildiğinde Chadwick, Groves'tan kendisine eşlik etmek için izin istedi. Groves bunu kabul etti ancak Chadwick'in mevcut olması durumunda Portal'ın erişiminin önemli ölçüde kısıtlanacağı konusunda uyardı. Katkılarından dolayı Chadwick, 1 Ocak 1945'te Yeni Yıl Onur Töreninde şövalyelik unvanıyla ödüllendirildi; bu ödülü tüm Boru Alaşımları projesinin kolektif olarak tanınması olarak yorumladı.

1945'in başlarında Chadwick esas olarak Washington D.C.'de yaşıyordu ve ailesi o yılın Nisan ayında Los Alamos'tan Dupont Circle'a taşınmıştı. 4 Temmuz'daki Birleşik Politika Komitesi toplantısına katıldı ve burada Mareşal Sir Henry Maitland Wilson, Britanya'nın Japonya'ya karşı atom bombası kullanılmasına onay verdiğini doğruladı. Chadwick ayrıca 16 Temmuz'daki Trinity nükleer testinde de hazır bulundu ve ilk atom bombasının patlamasına tanık oldu. Cihaz, Chadwick'in on yıl önce nötronu keşfetmek için kullandığı yöntemden kaynaklanan teknolojik bir gelişme olan polonyum-berilyum modülasyonlu bir nötron başlatıcıyı içeriyordu. The New York Times'ın Manhattan Projesi'ne atanan muhabiri William L. Laurence, "tarihte daha önce hiçbir insanın kendi keşfinin, insanın kaderi üzerinde bu kadar etkileyici bir etki yaratacak şekilde gerçekleştiğini görecek kadar yaşamadığını" gözlemledi.

Sonraki Yaşam

Savaşın sona ermesinin ardından Chadwick, Atom Enerjisi Danışma Komitesi'ne (ACAE) atandı ve Birleşmiş Milletler Atom Enerjisi Komisyonu'nun İngiliz bilimsel danışmanı olarak görev yaptı. Chadwick'in Britanya'nın kendi nükleer silahlarına ihtiyaç duyduğu yönündeki inancına karşı çıkan ACAE üyesi arkadaşı Patrick Blackett ile anlaşmazlıklarla karşılaştı; ancak sonuçta Chadwick'in bakış açısı galip geldi. 1946'da Britanya'ya döndü ve hâlâ savaş zamanı karne ve kaynak kıtlığıyla boğuşan bir ülke buldu.

Bu noktada, Liverpool Üniversitesi Rektör Yardımcısı Sir James Mountford, günlüğüne Chadwick kadar "fiziksel, zihinsel ve ruhsal açıdan bu kadar yorgun" bir kişiyle karşılaşmadığını, çünkü "ahlaki kararlarda o kadar derinlere inmişti ki, daha şanslı adamların bakmaları bile istenmiyor... [ve acı çekiyordu]... neredeyse bilimsel çalışmalarından kaynaklanan dayanılmaz sorumluluk ızdırapları'."

Eylül 1949'da Edward Teller, nükleer enerji ve güvenlik konusunu görüşmek üzere İngiltere'yi ziyaret etti ve Sir James Chadwick ve karısıyla Cambridge'deki evlerinde yemek yedi. Karısı ilgi çekici bir konuşmacı olmasına rağmen, Sir James karakteristik olarak mesafeli kaldı. Ancak Teller, General Groves hakkında olumsuz bir yorum yaptığında Chadwick, Groves'un İngilizlerden hoşlanmadığını kabul etmesine rağmen, projenin Groves olmadan başarılı olamayacağını ileri sürerek belirgin bir şekilde sesini yükseltti.

1948'de Chadwick, Gonville ve Cambridge'deki Caius College'ın Ustalığını kabul etti. Bu pozisyon prestijliydi ancak açık bir yetkiden yoksundu, çünkü Üstad unvansal başkan olarak hizmet ederken gerçek güç Üstat da dahil olmak üzere 13 üyeden oluşan bir konseyde bulunuyordu. Master olarak Chadwick, üniversitenin akademik konumunu yükseltmeye çalıştı. Araştırma burslarının sayısını 31'den 49'a çıkardı ve aktif olarak yeni yetenekleri çekmeye çalıştı. Bu, Çinli biyokimyacı Tien-chin Tsao ve Macaristan doğumlu ekonomist Peter Bauer'in 1951'de atanması gibi tartışmalı kararları içeriyordu. "Köylü İsyanı" olarak adlandırılan bir olayda, Patrick Hadley liderliğindeki arkadaşlar, Chadwick'in eski bir arkadaşını konseyden çıkararak onun yerine Bauer'i getirdiler. Sonraki yıllarda Chadwick'in diğer müttefikleri de ortadan kaldırıldı ve bu da Chadwick'in Kasım 1958'de emekli olmasına yol açtı. Özellikle, ustalığı sırasında, Ph.D. Francis Crick. Gonville ve Caius Koleji öğrencisi, Rosalind Franklin ve James Watson ile birlikte DNA'nın yapısını açıkladı.

1970'lere gelindiğinde Chadwick'in sağlığı bozuldu ve sekseninci doğum günü kutlamaları için Liverpool'a gitmesine rağmen evinden nadiren ayrıldı. Ömrü boyunca ateist olan o, sonraki yıllarında laik dünya görüşünü sürdürdü. 24 Temmuz 1974'te Cambridge'de 82 yaşında uykusunda huzur içinde vefat etti.

Tanıma

Üyelikler

Ödüller

Şövalyelik Onurları

Anma

• Chadwick'in arşiv belgeleri Cambridge'deki Churchill Arşiv Merkezi'nde saklanıyor ve halkın erişimine açık.
• Chadwick Laboratuvarı Liverpool Üniversitesi'nde bulunmaktadır.
• Sir James Chadwick Deneysel Fizik Kürsüsü (yine Liverpool Üniversitesi'nde), doğumunun yüzüncü yılı kutlamaları kapsamında 1991 yılında kuruldu.
• Manchester Üniversitesi'ndeki James Chadwick Binası, Kimya Mühendisliği ve Analitik Bilimler Okulu'nun bazı bölümlerinin yanı sıra Sürdürülebilir Mühendislik Endüstriyel Merkezi'ne de ev sahipliği yapmaktadır.
• Birleşik Krallık Atom Enerjisi Kurumu'nun resmi tarihçisi Lorna Arnold, Chadwick'i "bir fizikçi, bir bilim adamı-diplomat ve iyi, bilge ve insancıl bir adam" olarak nitelendirdi.
• Chadwick krateri Ay'da bulunur.

Notlar

Referanslar

• "Sir James Chadwick, F.R.S." Doğa, 161 (4103): 964, 1948. Bibcode:1948Natur.161Q.964.. doi:10.1038/161964a0."Sir James Chadwick, C.H., LL.D., F.R.S.: 80. doğum günü." Çağdaş Fizik, 13 (3): 310, 1972. Bibcode:1972ConPh..13..310.. doi:10.1080/00107517208205684.Rutherford, Ernest; Chadwick, James; Ellis, Charles D. (2010). Radyoaktif Maddelerden Radyasyon (2. baskının yeniden basımı). Cambridge Üniversitesi Yayınları. ISBN 978-1-108-00901-0.James Chadwick ile 15 Nisan 1969'da gerçekleştirilen sözlü tarih röportajının metni, Amerikan Fizik Enstitüsü, Niels Bohr Kütüphanesi & Arşivler (Oturum I).
  • James Chadwick ile 15 Nisan 1969'da yapılan sözlü tarih röportajının metni, Amerikan Fizik Enstitüsü, Niels Bohr Kütüphanesi & Arşivler – Oturum I
  • James Chadwick ile 16 Nisan 1969'da gerçekleştirilen sözlü tarih röportajının metni, Amerikan Fizik Enstitüsü, Niels Bohr Kütüphanesi & Arşivler (Oturum II).
  • James Chadwick ile 17 Nisan 1969'da gerçekleştirilen sözlü tarih röportajının metni, Amerikan Fizik Enstitüsü, Niels Bohr Kütüphanesi & Arşivler (Oturum III).
  • James Chadwick ile 20 Nisan 1969'da gerçekleştirilen sözlü tarih röportajının metni, Amerikan Fizik Enstitüsü, Niels Bohr Kütüphanesi & Arşivler (Oturum IV).
  • Nobelprize.org'da James Chadwick