나는 중성자가 누구에게든 도움이 될 것 같지 않습니다.
Sir James Chadwick는 1932년 중성자 발견으로 1935년 노벨 물리학상을 수상한 영국 물리학자입니다. 1941년에 그는 MAUD Report의 최종 초안을 작성했으며, 이는 미국 정부가 원자폭탄 연구를 본격적으로 시작하도록 영감을 주었습니다. 그는 제2차 세계대전 중 맨해튼 프로젝트에서 일한 영국 팀의 책임자였습니다. 그는 1945년 물리학에서의 성취로 영국에서 기사작위를 받았습니다.
Chadwick은 1911년 Victoria University of Manchester에서 졸업했으며, 여기서 "핵물리학의 아버지"로 알려진 Ernest Rutherford 밑에서 공부했습니다. Manchester에서 그는 1913년 MSc를 받을 때까지 Rutherford 밑에서 계속 공부했습니다. 같은 해 Chadwick은 1851년 박람회 왕립위원회로부터 1851 연구 펠로우십을 받았습니다. 그는 Berlin에서 Hans Geiger 밑에 베타 방사선을 공부하기로 결정했습니다. Geiger의 최근에 개발된 Geiger counter를 사용하여 Chadwick은 베타 방사선이 연속 스펙트럼을 생성하고 이전에 생각했던 것처럼 이산 선을 생성하지 않는다는 것을 보여줄 수 있었습니다. 여전히 제1차 세계대전이 유럽에서 발발했을 때 독일에 있던 그는 다음 4년간 Ruhleben 수용소에서 보냈습니다.
전쟁 후 Chadwick은 Rutherford를 따라 University of Cambridge의 Cavendish Laboratory로 갔으며, 여기서 Chadwick은 1921년 6월 Gonville and Caius College, Cambridge에서 Rutherford의 감독 아래 철학 박사 학위를 받았습니다. 그는 세계 물리학 연구의 선도적 중심지 중 하나였던 시기에 Cavendish Laboratory에서 Rutherford의 보조 연구 책임자였으며, John Cockcroft, Norman Feather, Mark Oliphant 같은 학생들을 끌어들였습니다. Chadwick은 중성자 발견에 이어 그 질량을 측정했습니다. 그는 중성자가 암 퇴치 전쟁에서 주요 무기가 될 것으로 예상했습니다. Chadwick은 1935년 Cavendish Laboratory를 떠나 University of Liverpool의 물리학 교수가 되었으며, 여기서 낡은 실험실을 개편하고 사이클로트론을 설치하여 핵물리학 연구의 중요한 중심지로 만들었습니다.
제2차 세계대전 중 Chadwick은 원자폭탄을 만들기 위한 Tube Alloys 프로젝트의 일부로 연구를 수행했으며, 그의 Manchester 실험실과 주변 지역은 Luftwaffe 폭격으로 괴롭혀졌습니다. Quebec Agreement가 그의 프로젝트를 미국 Manhattan Project와 합병했을 때, 그는 영국 미션의 일부가 되었고, Los Alamos Laboratory와 Washington, D.C.에서 일했습니다. 그는 프로젝트 책임자 Leslie R. Groves, Jr.의 거의 완전한 신뢰를 얻음으로써 모두를 놀라게 했습니다. 그의 노력으로 Chadwick은 1945년 1월 1일 신년 honours에서 기사작위를 받았습니다. 1945년 7월에 그는 Trinity 핵실험을 목격했습니다. 이후 그는 유엔 원자력위원회의 영국 과학 고문으로 일했습니다. Big Science로의 추세에 불편함을 느낀 Chadwick은 1948년 Gonville and Caius College의 Master가 되었습니다. 그는 1959년에 은퇴했습니다.
교육 및 초기 생활
James Chadwick은 1891년 10월 20일 Cheshire의 Bollington에서 태어났으며, 면 방적사인 John Joseph Chadwick과 가정부인 Anne Mary Knowles의 첫 자녀였습니다. 그는 부계 할아버지 이름을 따서 James로 명명되었습니다. 1895년에 그의 부모는 Manchester로 이사했으며, 그를 모계 할부모의 보호에 맡겼습니다. 그는 Bollington Cross Primary School에 다녔으며, Manchester Grammar School 장학금을 받았으나 그의 가족은 여전히 지불해야 할 작은 수수료를 감당할 수 없어 거절해야 했습니다. 대신 그는 Manchester의 Central Grammar School for Boys에 다녔으며, 부모님과 다시 만났습니다. 이제 그는 두 명의 남동생 Harry와 Hubert가 있었으며, 누나는 유아기에 사망했습니다. 16세일 때 그는 대학 장학금을 위해 두 개의 시험을 보았고 둘 다 합격했습니다.
Chadwick은 1908년에 입학한 Victoria University of Manchester에 다니기로 선택했습니다. 그는 수학을 공부하려고 했지만 실수로 물리학을 등록했습니다. 대부분의 학생들처럼 그는 집에서 살았으며, 매일 대학까지 4마일 6.4 km를 걸어서 왕복했습니다. 첫 해 말에 그는 물리학을 공부하기 위해 Heginbottom 장학금을 받았습니다. 물리학과는 Ernest Rutherford가 이끌었으며, 그는 최종학년 학생들에게 연구 과제를 할당했고, Chadwick에게 두 개의 서로 다른 방사성 에너지원의 양을 비교하는 수단을 고안하도록 지시했습니다. 그 아이디어는 1그램 0.035 oz의 라듐의 활성도로 측정될 수 있다는 것이었으며, 이는 curie로 알려지게 될 측정 단위였습니다. Rutherford가 제안한 접근 방식은 작동하지 않았습니다 - Chadwick은 이를 알았지만 Rutherford에게 말하기를 두려워했습니다 - 따라서 Chadwick은 계속 진행했고 결국 필요한 방법을 고안했습니다. 결과는 Rutherford와 공동 저술한 Chadwick의 첫 논문이 되었으며, 1912년에 출판되었습니다. 그는 1911년에 일등 명예로 졸업했습니다.
감마 방사선을 측정하는 수단을 고안한 후 Chadwick은 다양한 기체와 액체에 의한 감마선의 흡수를 측정하기로 진행했습니다. 이번에는 결과 논문이 그의 이름 하나로만 출판되었습니다. 그는 1912년에 과학 석사 MSc 학위를 받았으며, Beyer Fellow로 임명되었습니다. 다음 해 그는 1851 Exhibition Scholarship을 받았으며, 이는 그가 유럽 대륙의 대학에서 공부하고 연구할 수 있도록 했습니다. 그는 1913년 Berlin의 Physikalisch-Technische Reichsanstalt에 가서 Hans Geiger 밑에 베타 방사선을 공부하기로 결정했습니다. Geiger의 최근에 개발된 Geiger counter를 사용하여, 이전의 사진 기법보다 더 정확도를 제공했으며, 그는 베타 방사선이 이전에 생각했던 것처럼 이산 선을 생성하지 않고 특정 영역에서 피크를 가진 연속 스펙트럼을 생성한다는 것을 보여줄 수 있었습니다. Geiger의 실험실 방문에서 Albert Einstein은 Chadwick에게 다음과 같이 말했습니다: "나는 이 두 가지 중 하나를 설명할 수 있지만, 동시에 둘 다 설명할 수는 없습니다." 연속 스펙트럼은 오랫동안 설명되지 않은 현상으로 남아있을 것입니다.
Chadwick은 제1차 세계대전 시작 당시 여전히 독일에 있었으며, Berlin 근처 Ruhleben 수용소에 억류되었으며, 여기서 그는 마구간에 실험실을 설치하고 방사성 치약 같은 즉석 재료를 사용하여 과학 실험을 수행할 수 있었습니다. Charles Drummond Ellis의 도움으로 그는 인의 이온화와 일산화탄소와 염소의 광화학 반응에 대해 일했습니다. 그는 1918년 11월 독일과의 휴전이 발효된 후 석방되었으며, Manchester의 부모님 집으로 돌아가서 지난 4년간의 연구 결과를 1851년 박람회 위원들을 위해 작성했습니다.
Rutherford는 Chadwick에게 Manchester에서 시간제 강의 위치를 주었으며, 그가 연구를 계속할 수 있도록 했습니다. 그는 백금, 은, 구리의 핵 전하를 살펴보았고, 실험적으로 이것이 오차 1.5% 미만 범위 내의 원자 번호와 같다는 것을 발견했습니다. 1919년 4월 Rutherford는 University of Cambridge의 Cavendish Laboratory의 책임자가 되었으며, Chadwick은 몇 개월 후 그곳에 합류했습니다. Chadwick은 1920년에 Clerk-Maxwell studentship을 받았으며, Gonville and Caius College, Cambridge에서 철학 박사 PhD 학생으로 등록했습니다. 그의 논문의 첫 번째 부분은 원자 번호에 대한 그의 작업이었습니다. 두 번째 부분에서 그는 핵 내부의 힘을 살펴보았습니다. 그의 학위는 1921년 6월에 수여되었습니다. 11월에 그는 Gonville and Caius College의 Fellow가 되었습니다.
연구원
Cambridge
Chadwick의 Clerk-Maxwell studentship은 1923년에 만료되었으며, 그 뒤를 이은 것은 러시아 물리학자 Pyotr Kapitza였습니다. 과학 및 산업 연구부 자문 위원회의 의장인 Sir William McCormick은 Chadwick이 Rutherford의 보조 연구 책임자가 되도록 마련했습니다. 이 역할에서 Chadwick은 Rutherford가 박사 학생을 선택하는 것을 도왔습니다. 향후 몇 년 동안 이들은 John Cockcroft, Norman Feather, Mark Oliphant를 포함할 것이며, 그들은 Chadwick의 친한 친구가 될 것입니다. 많은 학생들이 무엇을 연구하고 싶은지 알 수 없었기 때문에 Rutherford와 Chadwick은 주제를 제안할 것입니다. Chadwick은 실험실에서 생산한 모든 논문을 편집했습니다.
1925년 Chadwick은 Liverpool 증권 중개인의 딸인 Aileen Stewart-Brown을 만났습니다. 이 둘은 1925년 8월에 결혼했으며, Kapitza가 최고 남자였습니다. 이 부부는 1927년 2월에 태어난 쌍둥이 딸 Joanna와 Judith를 가졌습니다.
그의 연구에서 Chadwick은 핵을 계속 탐사했습니다. 1925년 스핀 개념이 물리학자들이 Zeeman 효과를 설명할 수 있도록 했지만, 설명되지 않은 이상도 만들었습니다. 당시 핵이 양성자와 전자로 구성되어 있다고 믿어졌으므로, 예를 들어 질량 수가 14인 질소의 핵은 14개의 양성자와 7개의 전자를 포함한다고 가정되었습니다. 이것은 올바른 질량과 전하를 주었지만 스핀은 잘못되었습니다.
1928년 Cambridge에서 베타 입자와 감마선에 대한 회의에서 Chadwick은 다시 Geiger를 만났습니다. Geiger는 그의 박사후 학생 Walther Müller에 의해 개선된 그의 Geiger counter의 새로운 모델을 가져왔습니다. Chadwick은 전쟁 이후 하나를 사용하지 않았으며, 새로운 Geiger–Müller counter는 당시 Cambridge에서 사용 중인 섬광 기법보다 잠재적으로 큰 개선이었으며, 이는 인간의 눈에 의존했습니다. 이것의 주요 단점은 알파, 베타, 감마 방사선을 감지했다는 것이며, Cavendish 실험실이 일반적으로 실험에서 사용한 라듐은 세 가지를 모두 방출했으며, 따라서 Chadwick이 염두에 두고 있는 것에 부적합했습니다. 그러나 polonium은 알파 방출체이며, Lise Meitner는 독일에서 Chadwick에게 약 2 밀리큐리 약 0.5 μg를 보냈습니다.
독일에서 Walther Bothe와 그의 학생 Herbert Becker는 polonium을 사용하여 베릴륨을 알파 입자로 폭격하여 비정상적인 형태의 방사선을 생성했습니다. Chadwick은 호주의 1851 Exhibition 학자 Hugh Webster에게 그들의 결과를 복제하도록 했습니다. Chadwick에게 이것은 그와 Rutherford가 수년간 가설을 세워온 것의 증거였습니다: 중성자, 전기 전하가 없는 이론적 핵 입자. 그 후 1932년 1월 Feather는 Chadwick의 주의를 또 다른 놀라운 결과로 끌었습니다. Frédéric과 Irène Joliot-Curie는 polonium과 베릴륨을 감마 방사선이라고 생각하는 것의 소스로 사용하여 paraffin wax에서 양성자를 떨어뜨리는 데 성공했습니다. Rutherford와 Chadwick은 동의하지 않았습니다; 양성자는 너무 무거웠습니다. 그러나 중성자는 같은 효과를 달성하기 위해 적은 양의 에너지만 필요할 것입니다. Rome에서 Ettore Majorana는 같은 결론에 도달했습니다: Joliot-Curies는 중성자를 발견했지만 그것을 알지 못했습니다.
Chadwick은 다른 모든 책임을 떠나 중성자의 존재를 증명하는 데 집중하기 위해 Feather의 도움을 받아 자주 밤늦게 일했습니다. 그는 polonium 소스와 베릴륨 표적을 포함하는 실린더로 구성된 간단한 장치를 고안했습니다. 결과 방사선은 paraffin wax 같은 물질로 지향될 수 있었으며, 변위된 입자들(양성자)은 진동 범위로 감지될 수 있는 작은 이온화 챔버로 들어갔습니다. 1932년 2월 중성자 실험을 약 2주 만에 한 후, Chadwick은 Nature에 "중성자의 가능한 존재"라는 제목의 편지를 보냈습니다. 그는 5월에 Royal Society A의 Proceedings로 보낸 "중성자의 존재"라는 제목의 기사에서 상세히 그의 발견을 전달했습니다. 그의 중성자 발견은 핵을 이해하는 데 이정표였습니다. Chadwick의 논문을 읽은 Robert Bacher와 Edward Condon은 질소의 스핀 같은 당시 현재 이론의 이상이 중성자가 1/2의 스핀을 가지고 있고 질소 핵이 7개의 양성자와 7개의 중성자로 구성되어 있다면 해결될 것이라는 것을 깨달았습니다.
이론 물리학자 Niels Bohr과 Werner Heisenberg는 중성자가 양성자와 전자처럼 기본 핵 입자일 수 있는지, 아니면 양성자-전자 쌍이 아닌지 생각했습니다. Heisenberg는 중성자가 새로운 핵 입자로 가장 잘 설명된다는 것을 보여주었지만, 그 정확한 본성은 불명확한 상태로 남아있었습니다. 그의 1933년 Bakerian Lecture에서 Chadwick은 중성자의 질량이 약 1.0067 u라고 추정했습니다. 양성자와 전자의 결합 질량이 1.0078 u였기 때문에, 이는 양성자-전자 복합체로서 중성자의 결합 에너지가 약 2 MeV라는 것을 암시했으며, 이는 합리적으로 들렸으나, 이렇게 작은 결합 에너지를 가진 입자가 어떻게 안
