أخشى أن النيوترونات لن تكون مفيدة لأحد.
السير جيمس تشادويك كان فيزيائياً بريطانياً حائزاً على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1935 لاكتشافه النيوترون في عام 1932. في عام 1941، كتب المسودة النهائية لتقرير MAUD، الذي ألهم الحكومة الأمريكية للبدء في جهود بحثية جادة حول القنبلة الذرية. كان رئيس الفريق البريطاني الذي عمل على مشروع Manhattan أثناء الحرب العالمية الثانية. تم تكريمه بلقب فارس في بريطانيا في عام 1945 لإنجازاته في الفيزياء.
تخرج تشادويك من Victoria University of Manchester في عام 1911، حيث درس تحت إشراف Ernest Rutherford المعروف باسم "مؤسس الفيزياء النووية". في Manchester، استمر في الدراسة تحت إشراف Rutherford حتى حصل على درجة الماجستير في عام 1913. وفي نفس العام، حصل تشادويك على منحة بحثية من Commission الملكية لمعرض عام 1851. اختار أن يدرس إشعاع بيتا تحت إشراف Hans Geiger في برلين. باستخدام عداد Geiger الذي طوره Geiger مؤخراً، تمكن تشادويك من إثبات أن إشعاع بيتا أنتج طيفاً مستمراً وليس خطوطاً منفصلة كما كان يُعتقد. لا يزال في ألمانيا عندما اندلعت الحرب العالمية الأولى في أوروبا، قضى السنوات الأربع التالية في معسكر Ruhleben للاعتقال.
بعد الحرب، تابع تشادويك Rutherford إلى Cavendish Laboratory في University of Cambridge، حيث حصل تشادويك على درجة الدكتوراه تحت إشراف Rutherford من Gonville and Caius College, Cambridge، في يونيو 1921. كان مساعد مدير البحث لدى Rutherford في Cavendish Laboratory لأكثر من عقد من الزمان في وقت كان فيه أحد المراكز الرائدة في العالم لدراسة الفيزياء، جاذباً طلاباً مثل John Cockcroft و Norman Feather و Mark Oliphant. تابع تشادويك اكتشافه للنيوترون بقياس كتلته. توقع أن تصبح النيوترونات سلاحاً رئيسياً في مكافحة السرطان. غادر تشادويك Cavendish Laboratory في عام 1935 ليصبح أستاذاً للفيزياء في University of Liverpool، حيث أصلح المختبر القديم الأسلوب وقام بتثبيت سايكلوترون، مما جعله مركزاً مهماً لدراسة الفيزياء النووية.
خلال الحرب العالمية الثانية، أجرى تشادويك أبحاثاً كجزء من مشروع Tube Alloys لبناء قنبلة ذرية، بينما تعرضت مختبره في Manchester والمناطق المحيطة به لقصف من قبل Luftwaffe. عندما دمج اتفاق Quebec مشروعه مع مشروع Manhattan الأمريكي، أصبح جزءاً من البعثة البريطانية، وعمل في Los Alamos Laboratory وفي Washington, D.C. فاجأ الجميع بحصوله على ثقة شبه كاملة من مدير المشروع Leslie R. Groves, Jr. لجهوده، تلقى تشادويك لقب فارس في حفل توزيع الأوسمة لرأس السنة في 1 يناير 1945. في يوليو 1945، شهد اختبار Trinity النووي. بعد ذلك، عمل كمستشار علمي بريطاني لجنة الأمم المتحدة للطاقة الذرية. غير مرتاح للاتجاه نحو Big Science، أصبح تشادويك رئيس Gonville and Caius College في عام 1948. تقاعد في عام 1959.
التعليم والحياة المبكرة
وُلد جيمس تشادويك في Bollington, Cheshire، في 20 أكتوبر 1891، الطفل الأول لـ John Joseph Chadwick، وهو صاحب مصنع قطن، و Anne Mary Knowles، وهي خادمة منزلية. سُمي جيمس على اسم جده من الأب. في عام 1895، انتقل والداه إلى Manchester، تاركين إياه في رعاية أجداده من جهة الأم. ذهب إلى Bollington Cross Primary School، وقُدمت له منحة دراسية لـ Manchester Grammar School، والتي اضطرت عائلته إلى رفضها لأنهم لم يتمكنوا من تحمل الرسوم الصغيرة التي كان لا بد من دفعها. بدلاً من ذلك، التحق بـ Central Grammar School for Boys في Manchester، حيث انضم إلى والديه هناك. كان لديه الآن أخوان أصغر سناً، Harry و Hubert؛ وكانت إحدى أخواته قد توفيت في الرضاعة. في سن 16، امتحن في امتحانين للمنح الدراسية الجامعية، وفاز بكليهما.
اختار تشادويك الالتحاق بـ Victoria University of Manchester، والتي دخلها في عام 1908. كان يقصد دراسة الرياضيات، لكنه التحق بالفيزياء بالخطأ. مثل معظم الطلاب، كان يسكن في المنزل، يسير مسافة 4 أميال 6.4 كيلومتر إلى الجامعة والعودة منها كل يوم. في نهاية سنته الأولى، حصل على منحة Heginbottom لدراسة الفيزياء. كان رئيس قسم الفيزياء Ernest Rutherford، الذي وكل مشاريع بحثية للطلاب في السنة الأخيرة، وأمره تشادويك بابتكار طريقة لمقارنة كمية الطاقة الإشعاعية من مصدرين مختلفين. كانت الفكرة أنه يمكن قياسهما من حيث نشاط 1 غرام 0.035 أونصة من الراديوم، وهي وحدة قياس أصبحت تُعرف باسم الكوري. كان الأسلوب المقترح من قبل Rutherford غير قابل للتطبيق—شيء كان تشادويك يعرفه لكنه خاف من إخبار Rutherford به—فاستمر تشادويك، وفي النهاية ابتكر الطريقة المطلوبة. أصبحت النتائج أول ورقة لتشادويك، والتي كُتبت بالاشتراك مع Rutherford، نُشرت في عام 1912. تخرج بامتياز في عام 1911.
بعد أن ابتكر طريقة لقياس الإشعاع جاما، بدأ تشادويك بقياس امتصاص أشعة جاما بواسطة غازات وسوائل مختلفة. هذه المرة، نُشرت الورقة الناتجة باسمه وحده. حصل على درجة الماجستير في العلوم في عام 1912، وتم تعيينه زميل Beyer. في العام التالي، حصل على منحة المعرض لعام 1851، مما سمح له بالدراسة والبحث في جامعة في أوروبا القارية. اختار الذهاب إلى Physikalisch-Technische Reichsanstalt في Berlin في عام 1913، للدراسة تحت إشراف Hans Geiger بشأن إشعاع بيتا. باستخدام عداد Geiger الذي طوره Geiger مؤخراً، والذي وفر دقة أكثر من التقنيات الفوتوغرافية السابقة، تمكن من إثبات أن إشعاع بيتا لم ينتج خطوطاً منفصلة، كما كان يُعتقد سابقاً، بل طيفاً مستمراً مع قمم في مناطق معينة. في زيارة إلى مختبر Geiger، قال Albert Einstein لتشادويك: "يمكنني شرح أحد هذه الأشياء، لكنني لا أستطيع شرحهما معاً في نفس الوقت." ظل الطيف المستمر ظاهرة غير مشروحة لسنوات عديدة.
كان تشادويك لا يزال في ألمانيا في بداية الحرب العالمية الأولى، وتم احتجازه في معسكر Ruhleben للاعتقال بالقرب من Berlin، حيث سُمح له بإعداد مختبر في الحظائر وإجراء تجارب علمية باستخدام مواد محسّنة مثل معجون الأسنان المشع. بمساعدة Charles Drummond Ellis، عمل على تأين الفوسفور والتفاعل الكيميائي الضوئي لأول أكسيد الكربون والكلور. تم الإفراج عنه بعد سريان الهدنة مع ألمانيا في نوفمبر 1918، وعاد إلى منزل والديه في Manchester، حيث كتب نتائج أبحاثه على مدى السنوات الأربع السابقة لمفوضي معرض 1851.
أعطاه Rutherford منصب تدريس بدوام جزئي في Manchester، مما سمح له بمتابعة البحث. نظر إلى الشحنة النووية للبلاتين والفضة والنحاس، واكتشف تجريبياً أن هذا كان مطابقاً للعدد الذري مع خطأ أقل من 1.5 بالمئة. في أبريل 1919، أصبح Rutherford مديراً لـ Cavendish Laboratory في University of Cambridge، وانضم إليه تشادويك هناك بعد بضعة أشهر. حصل تشادويك على زمالة Clerk-Maxwell في عام 1920، والتحق كطالب دكتوراه في Gonville and Caius College, Cambridge. كان النصف الأول من أطروحته عمله مع الأعداد الذرية. في الثاني، نظر إلى القوى داخل النواة. تم منحه درجته في يونيو 1921. في نوفمبر، أصبح زميلاً في Gonville and Caius College.
الباحث
Cambridge
انتهت زمالة Clerk-Maxwell لتشادويك في عام 1923، وخلفه الفيزيائي الروسي Pyotr Kapitza. رتب رئيس المجلس الاستشاري لـ Department of Scientific and Industrial Research، السير William McCormick، لتشادويك أن يصبح مساعد مدير البحث لـ Rutherford. في هذا الدور، ساعد تشادويك Rutherford في اختيار طلاب الدكتوراه. على مدى السنوات القليلة التالية، كان سيشمل هؤلاء John Cockcroft و Norman Feather و Mark Oliphant، الذين أصبحوا أصدقاء مقربين من تشادويك. حيث أن العديد من الطلاب لم تكن لديهم فكرة عما يريدون البحث فيه، كان Rutherford و تشادويك يقترحان مواضيع. حرّر تشادويك جميع الأوراق التي أنتجتها المختبر.
في عام 1925، التقى تشادويك بـ Aileen Stewart-Brown، ابنة وسيط أسهم من Liverpool. تزوج الاثنان في أغسطس 1925، مع Kapitza كرجل الشرف. أنجبت الزوجة توأماً من البنات، Joanna و Judith، وُلدتا في فبراير 1927.
في بحثه، استمر تشادويك في استكشاف النواة. في عام 1925، سمح مفهوم الدوران للفيزيائيين بشرح تأثير Zeeman، لكنه أيضاً خلق شذوذاً غير مشروح. في ذلك الوقت، كان يُعتقد أن النواة تتكون من بروتونات وإلكترونات، لذلك كان يُفترض أن نواة النيتروجين، على سبيل المثال، برقم كتلة 14، تحتوي على 14 بروتوناً و 7 إلكترونات. أعطاها هذا الكتلة والشحنة الصحيحة، لكن الدوران الخاطئ.
في مؤتمر في Cambridge حول جزيئات بيتا وأشعة جاما في عام 1928، التقى تشادويك بـ Geiger مجدداً. جلب Geiger معه نموذجاً جديداً من عداد Geiger الخاص به، والذي تم تحسينه من قبل طالب ما بعد الدكتوراه Walther Müller. لم يستخدم تشادويك واحداً منذ الحرب، وكان عداد Geiger-Müller الجديد تحسناً محتملاً كبيراً على تقنيات التألق المستخدمة آنذاك في Cambridge، والتي اعتمدت على العين البشرية للملاحظة. كان العيب الرئيسي فيه أنه كان يكتشف إشعاع ألفا وبيتا وجاما، والراديوم، الذي كان Cavendish Laboratory عادة يستخدمه في تجاربه، يطلق جميعها، وبالتالي كان غير مناسب لما كان تشادويك في البال له. ومع ذلك، البولونيوم هو باعث ألفا، وأرسلت Lise Meitner لتشادويك حوالي 2 ملليكوري حوالي 0.5 ميكروغرام من ألمانيا.
في ألمانيا، استخدم Walther Bothe وطالبه Herbert Becker البولونيوم لقصف البيريليوم بجزيئات ألفا، مما أنتج شكلاً غير عادي من الإشعاع. كان لدى تشادويك باحثه الأسترالي الحامل لمنحة المعرض لعام 1851، Hugh Webster، تكرار نتائجهم. بالنسبة لتشادويك، كان هذا دليلاً على شيء كان هو و Rutherford يفترضانه لسنوات: النيوترون، جسيم نووي نظري بلا شحنة كهربائية. ثم في يناير 1932، لفت Feather انتباه تشادويك إلى نتيجة مفاجئة أخرى. نجح Frédéric و Irène Joliot-Curie في طرد البروتونات من شمع البارافين باستخدام البولونيوم والبيريليوم كمصدر لما اعتقدوا أنه إشعاع جاما. اختلف Rutherford و تشادويك؛ كانت البروتونات ثقيلة جداً لذلك. لكن النيوترونات ستحتاج فقط إلى كمية صغيرة من الطاقة لتحقيق نفس التأثير. في Rome، توصل Ettore Majorana إلى نفس الخلاصة: اكتشف Joliot-Curies النيوترون لكنهم لم يعرفوا ذلك.
ترك تشادويك جميع مسؤولياته الأخرى للتركيز على إثبات وجود النيوترون، بمساعدة Feather والعمل بشكل متكرر في ساعات متأخرة من الليل. ابتكر جهازاً بسيطاً يتكون من أسطوانة تحتوي على مصدر بولونيوم وهدف بيريليوم. يمكن بعد ذلك توجيه الإشعاع الناتج على مادة مثل شمع البارافين؛ الجزيئات المزاحة، وهي البروتونات، ستدخل حجرة تأين صغيرة حيث يمكن كشفها باستخدام جهاز أوسيلوسكوب. في فبراير 1932، بعد حوالي أسبوعين فقط من التجارب مع النيوترونات، أرسل تشادويك رسالة إلى Nature بعنوان "Possible Existence of a Neutron". قام بتوصيل نتائجه بالتفصيل في مقالة أرسلها إلى Proceedings of the Royal Society A بعنوان "The Existence of a Neutron" في مايو. كان اكتشافه للنيوترون علامة بارزة في فهم النواة. بقراءة ورقة تشادويك، أدرك Robert Bacher و Edward Condon أن الشذوذ في النظرية الحالية آنذاك، مثل دوران النيتروجين، سيتم حله إذا كان للنيوترون دوران 1/2 وأن نواة النيتروجين تتكون من سبعة بروتونات وسبعة نيوترونات.
اعتبر الفيزيائيون النظريون Niels Bohr و Werner Heisenberg ما إذا كان يمكن للنيوترون أن يكون جسيماً نووياً أساسياً مثل البروتون والإلكترون، بدلاً من زوج بروتون-إلكترون. أثبت Heisenberg أن النيوترون يُوصف بشكل أفضل كجسيم نووي جديد، لكن طبيعته الدقيقة ظلت غير واضحة. في محاضرة Bakerian لعام 1933، قدّر تشادويك أن كتلة النيوترون حوالي 1.0067 u. نظراً ل
