私は恐れています。中性子は誰の役に立つこともないだろうと。
サー・ジェームス・チャドウィックはイギリスの物理学者で、1932年の中性子の発見により1935年のノーベル物理学賞を受賞しました。1941年、彼はMAUDレポートの最終草稿を執筆し、それがアメリカ政府に深刻な原子爆弾研究を開始させました。彼は第二次世界大戦中にマンハッタン・プロジェクトで働いたイギリスチームの責任者でした。彼は1945年に物理学での成果に対してイギリスでナイトの爵位を与えられました。
チャドウィックは1911年にVictoria University of Manchesterを卒業し、「核物理学の父」として知られるErnest Rutherfordの下で学びました。Manchesterでは、1913年にMScを取得するまでRutherfordの下で研究を続けました。同じ年、チャドウィックは1851 Royal Commission for the Exhibition of 1851から研究フェローシップを授与されました。彼はベルリンのHans Geigerの下でベータ放射線を研究することにしました。Geigerが最近開発したGeigerカウンターを使用して、チャドウィックはベータ放射線が連続スペクトラムを生成し、以前考えられていた離散線ではないことを実証することができました。ヨーロッパで第一次世界大戦が勃発したときまだドイツにいた彼は、その後4年間をRuhleben強制収容所で過ごしました。
戦後、チャドウィックはRutherfordに従いCambridge大学のCavendish研究所に行き、1921年6月にGonville and Caius College, Cambridgeの監督下でRutherfordから哲学博士号を取得しました。彼はCavendish研究所でRutherfordの研究補助ディレクターとして10年以上の間、世界の物理学研究の最前線の中心地の一つにおり、John Cockcroft、Norman Feather、Mark Oliphantなどの学生を惹きつけました。チャドウィックは中性子の発見に続いてその質量を測定しました。彼は中性子がガンとの戦いの主要な兵器になることを予想していました。チャドウィックは1935年にCavendish研究所を離れてLiverpool大学の物理学教授になり、時代遅れの研究所を刷新し、サイクロトロンを導入することでそれを核物理学研究の重要な中心地にしました。
第二次世界大戦中、チャドウィックは原子爆弾を製造するためのTube Alloys計画の一部として研究を行い、彼のManchester研究所と周辺はLuftwaffe爆撃の嫌がらせを受けていました。Quebec Agreement彼のプロジェクトをアメリカのマンハッタン・プロジェクトと統合した時、彼はBritish Missionの一部となり、Los Alamos研究所とワシントンD.C.で働きました。彼はプロジェクトディレクターのLeslie R. Groves, Jr.の完全に近い信頼を得ることで誰もが驚きました。彼の努力に対して、チャドウィックは1945年1月1日のNew Year Honoursでナイトの爵位を受けました。1945年7月、彼はTrinity核実験を目撃しました。その後、彼は国連原子力委員会のイギリス科学顧問を務めました。Big Scienceへの傾向に不快感を感じたチャドウィックは1948年にGonville and Caius Collegeのマスターになりました。彼は1959年に引退しました。
教育と初期の人生
ジェームス・チャドウィックは1891年10月20日、綿紡績業者のジョン・ジョセフ・チャドウィックと家政婦のアン・メアリー・ノウルズの長男として、Cheshireのbollingtonで生まれました。彼は父方の祖父にちなんでジェームスと名付けられました。1895年、彼の両親はManchesterに引っ越し、彼を母方の祖父母の世話に残しました。彼はBollington Cross Primary Schoolに通い、Manchester Grammar Schoolへの奨学金の申し出を受けましたが、まだ支払う必要があった小額の料金を支払う余裕がなかったため、彼の家族は辞退しなければなりませんでした。代わりに、彼はManchesterのCentral Grammar School for Boysに通い、そこで両親と一緒に戻りました。彼は現在、ハリーとハバートという2人の弟を持っていました。妹は幼少期に亡くなっていました。16歳の時、彼は大学の奨学金のための2つの試験を受け、その両方に合格しました。
チャドウィックはVictoria University of Manchesterに通うことを選んで、1908年に入学しました。彼は数学を勉強することを意図していましたが、誤って物理学に登録しました。ほとんどの学生のように、彼は家に住み、毎日大学までの4マイル6.4 kmを往復していました。1年目の終わりに、彼は物理学を研究するためのHeginbottom奨学金を授与されました。物理学部はErnest Rutherfordが率いており、彼は最終学年の学生に研究プロジェクトを割り当て、チャドウィックに2つの異なるラジオアクティブエネルギーソースの量を比較する手段を考案するよう指示しました。その考えは、1グラム0.035 ozのラジウムの活動の観点から測定できるということでした。この測定単位は後にキュリーとして知られるようになります。Rutherfordの提案されたアプローチは機能しませんでした—何かチャドウィックが知っていましたが、Rutherfordに伝えることを恐れていました—そのため、チャドウィックは続け、最終的に必要な方法を考案しました。結果はチャドウィックの最初の論文になり、Rutherfordと共著で、1912年に発表されました。彼は1911年に一等成績で卒業しました。
ガンマ放射線を測定する手段を考案した後、チャドウィックはさまざまなガスおよび液体によるガンマ線の吸収を測定するために続きました。今回、結果の論文は彼の名前だけで発表されました。彼は1912年にMaster of Science MSc度を授与され、Beyer Fellowに任命されました。翌年、彼は1851 Exhibition奨学金を授与され、それが彼が大陸ヨーロッパの大学で研究と研究を行うことを許可しました。彼は1913年にBerlinのPhysikalisch-Technische Reichsanstaltに行くことを選びました。Hans Geigerの下でベータ放射線を研究します。Geigerが最近開発したGeigerカウンターを使用して、以前の写真技術よりも高い精度を提供し、彼はベータ放射線が以前考えられていた離散線を生成しなかったことを実証することができましたが、むしろ特定の領域にピークを持つ連続スペクトラムです。Geigerの研究室への訪問では、Albert Einsteinはチャドウィックに次のように述べました。「これらのどちらかを説明することはできますが、同時に両方を説明することはできません。」連続スペクトラムは多くの年の間、説明されない現象のままでした。
チャドウィックは第一次世界大戦の開始時にまだドイツにいて、ベルリン近くのRuhleben強制収容所に監禁されました。彼は厩舎に研究所を設立し、放射性歯磨き粉などの即座の材料を使用して科学実験を行うことが許可されました。Charles Drummond Ellisの助けを借りて、彼はリンのイオン化とモノサイド一酸化物と塩素の光化学反応に取り組みました。1918年11月にドイツとの休戦が発効した後、彼は解放され、彼の両親のManchesterの家に戻り、1851年の展示コミッショナーの過去4年間の調査結果を書き上げました。
Rutherfordはチャドウィックにマンチェスターでの兼任の教職を与え、研究を継続することを可能にしました。彼は白金、銀、銅の核電荷を見ており、実験的にこれが原子番号と同じ1.5パーセント以上のエラーの誤差の範囲内で見つかりました。1919年4月、Rutherfordはcambridge大学のCavendish研究所のディレクターになり、チャドウィックは数ヶ月後に彼に参加しました。チャドウィックは1920年にClerk-Maxwell学生奨学金を授与され、Gonville and Caius College, Cambridgeで哲学博士PhD学生として登録されました。彼の論文の前半は原子番号に関する彼の仕事でした。2番目に、彼は核の内部の力を見ました。彼の学位は1921年6月に授与されました。11月に、彼はGonville and Caius Collegeのフェローになりました。
研究者
Cambridge
チャドウィックのClerk-Maxwell studentshipは1923年に失効し、ロシアの物理学者Pyotr Kapitzaに後任されました。Scientific and Industrial Research部門のアドバイザリー評議会の会長、Sir William McCormickはチャドウィックがRutherfordの研究の補助ディレクターになるように手配しました。この役割では、チャドウィックはRutherfordがPhD学生を選択するのを支援しました。次の数年の間、これらはJohn Cockcroft、Norman Feather、Mark Oliphantを含めるでしょう。彼らはチャドウィックと確固たる友人になるでしょう。多くの学生は自分たちが何を研究したいのか分からなかったので、Rutherfordとチャドウィックはトピックを提案するでしょう。チャドウィックは研究所で作成されたすべての論文を編集しました。
1925年、チャドウィックはLiverpoolの株式仲介人の娘、Aileen Stewart-Brownに会いました。2人は1925年8月に結婚し、Kapitzaがベストマンを務めました。カップルには、ジョアンナとジュディスという双子の娘がいて、1927年2月に生まれました。
彼の研究では、チャドウィックは核を探索し続けました。1925年に、スピンの概念により物理学者はZeeman効果を説明することができましたが、それはまた説明されていない異常を作成しました。当時、核はプロトンと電子で構成されていると考えられていたため、例えば質量数が14の窒素の核は、14個のプロトンと7個の電子を含むと仮定されました。これにより、正しい質量と電荷が与えられましたが、スピンは間違っていました。
1928年のCambridgeでのベータ粒子とガンマ線に関する会議で、チャドウィックはGeigerに再会しました。Geigerは彼と一緒に彼のGeigerカウンターの新しいモデルを持ってきました。それは彼の博士号です。Walther Müllerの後の学生によって改善されました。チャドウィックは戦争以来1つ使用していなかったし、新しいGeiger-Müllerカウンターは当時Cambridgeで使用されていた閃光技術よりも潜在的に大きな改善でした。これは観測のために人間の眼に依存していました。それとの主な欠点は、アルファ、ベータ、ガンマ放射線を検出し、ラジウムは、Cavendish研究所は通常その実験で使用しました。すべて3つを放出し、したがってチャドウィックが念頭に置いていたもの。ただし、ポロニウムはアルファ放出体です。Lise Meitnerはチャドウィックをドイツからおよそ2ミリキュリーをおよそ0.5 μgから送信しました。
ドイツでは、Walther BotheとHerbert Beckerの学生はポロニウムを使用してベリリウムにアルファ粒子を爆撃し、異常な形の放射線を生成しました。チャドウィックは彼のオーストラリアの1851年の展示学者Hugh Websterに彼らの結果を複製させました。チャドウィックにとって、これは彼とRutherfordが何年も仮説してきた証拠でした。中性子は、電荷がない理論的核粒子です。その後1932年1月、Featherはチャドウィックの注意を別の驚くべき結果に引き出しました。Frédéric and Irène Joliot-Curieはポロニウムとベリリウムをソースとして使用してパラフィンワックスからプロトンを打ち出すことに成功しました。彼らはガンマ放射だと思いました。RutherfordとチャドウィックはZagree。プロトンはそれには重すぎました。しかし、中性子は同じ効果を達成するために少量のエネルギーだけが必要です。ローマでは、Ettore Majoranaは同じ結論に達しました。Joliot-Curieはそれを知らずに中性子を発見しました。
チャドウィックは他のすべての責任を降ろし、FeatherとNightly Night Workから援助されて、中性子の存在を証明することに集中しました。彼は単純な装置を考案しました。これは、ポロニウムソースとベリリウムターゲットを含むシリンダーで構成されていました。結果の放射線はパラフィンワックスなどの材料に向けられることができました。移動した粒子（プロトン）は、オシロスコープで検出できる小さなイオン化室に入ります。1932年2月、中性子での実験のわずか約2週間後、チャドウィックはネイチャーへの手紙を「中性子の可能な存在」というタイトルで送信しました。彼は5月にProceedings of the Royal Society Aに送信された「The Existence of a Neutron」というタイトルの記事で詳細に彼の発見を伝えました。彼の中性子の発見は核を理解する際のマイルストーンでした。チャドウィックの論文を読んで、ロバート・バッカーとエドワード・コンドンは、窒素のスピンのような現在の理論の異常は、中性子のスピンが1/2であり、窒素核が7個のプロトンと7個の中性子で構成されている場合に解決されることに気づきました。
理論物理学者のNiels BohrとWerner Heisenbergは、中性子がプロトン-電子対ではなく、プロトンと電子のような基本的な核粒子であるかどうかを検討しました。Heisenbergは中性子が最良の新しい核粒子として説明されたことを示しましたが、その正確な性質は不明なままでした。1933年のBakerian講義では、チャドウィックは中性子がおよそ1.0067 uの質量を有したと推定しました。プロトンと電子が1.0078 uの合計質量を有したので、これはプロトン-電子複合物として中性子がおよそ2 MeVの結合エネルギーを有したことを暗示しました。これは合理的に聞こえました。ただし、そのような小さな結合エネルギーを持つ粒子が安定する可能性を理解することは困難でした。そのような小さな質量差を推定すると、正確な測定に挑戦が必要でした。1933年から1934年に複数の矛盾した結果が得られました。ボロンをアルファ粒子で爆撃することにより、Frédéric and Irène Joliot-Curieは中性子の質量に大きな値を取得しましたが、California大学のErnest Lawrenceチームは小さな値を生成しました。その後、Maurice Goldhaber、ナチスドイツの難民およびCavendish研究所の大学院生が、チャドウィックに、重陽子は2.6 MeV Gamma線208Tlで光解離することができたと提唱しました（当時、胸部C「として知られていました）。
2 1D + γ → 1 1H + n
中性子の質量の正確な値をこのプロセスから決定することができました。チャドウィックとゴールドハーバーはこれを試し、それが機能したことを発見しました。彼らは生成されたプロトンの運動エネルギーを1.05 MeVで測定し、中性子の質量を方程式の未知数として残しました。チャドウィックとゴールドハーバーは、値に応じて1.0084または1.0090原子単位のいずれかであると計算しました。
