James Chadwick

Señor James Chadwick CH FRS
Chadwick hacia  1945
Nacido	( 20 de octubre de 1891 )20 de octubre de 1891 Bollington , Cheshire, Reino Unido
Fallecido	24 de julio de 1974 (24 de julio de 1974)(82 años) Cambridge , Reino Unido
Educación	Universidad de Manchester ( Licenciatura en Ciencias ) Gonville and Caius College, Cambridge ( maestría , doctorado )
Conocido por	Descubrimiento del neutrón Informe del Comité MAUD Proyecto Manhattan
Premios	Miembro de la Royal Society (1927) Medalla Hughes (1932) Premio Nobel de Física (1935) Caballero soltero (1945) Medalla Melchett (1946) Medalla Copley (1950) Medalla Faraday (1950) Medalla Franklin (1951) Medalla y premio Guthrie (1967) Miembro de la Orden de los Compañeros de Honor (1970)
Carrera científica
Campos	Física
Instituciones	Reichsanstalt físico-técnico Universidad de Liverpool Universidad de Cambridge Proyecto Manhattan
Asesor de doctorado	Ernesto Rutherford
Estudiantes de doctorado	Étienne Biéler [1] Charles Drummond Ellis [1] Ernest C. Pollard [1] Maurice Goldhaber [1] Luis Harold Gray José Rotblat
Firma

Sir James Chadwick , CH , FRS (20 de octubre de 1891 - 24 de julio de 1974) fue un físico inglés que recibió el Premio Nobel de Física en 1935 por su descubrimiento del neutrón en 1932. En 1941, escribió el borrador final del Informe MAUD , que inspiró al gobierno de los EE. UU. a comenzar a realizar serios esfuerzos de investigación sobre la bomba atómica . Fue el jefe del equipo británico que trabajó en el Proyecto Manhattan durante la Segunda Guerra Mundial . Fue nombrado caballero en Gran Bretaña en 1945 por sus logros en física.

Chadwick se graduó en la Universidad Victoria de Manchester en 1911, donde estudió con Ernest Rutherford (conocido como el "padre de la física nuclear"). ^[2] En Manchester, continuó estudiando con Rutherford hasta que obtuvo su maestría en 1913. El mismo año, Chadwick recibió una beca de investigación de 1851 de la Comisión Real para la Exposición de 1851. Eligió estudiar la radiación beta con Hans Geiger en Berlín. Utilizando el contador Geiger recientemente desarrollado por Geiger , Chadwick pudo demostrar que la radiación beta producía un espectro continuo y no líneas discretas como se había pensado. Todavía en Alemania cuando estalló la Primera Guerra Mundial en Europa, pasó los siguientes cuatro años en el campo de internamiento de Ruhleben .

Después de la guerra, Chadwick siguió a Rutherford al Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge , donde Chadwick obtuvo su título de Doctor en Filosofía bajo la supervisión de Rutherford en el Gonville and Caius College de Cambridge , en junio de 1921. Fue subdirector de investigación de Rutherford en el Laboratorio Cavendish durante más de una década en una época en la que era uno de los centros más importantes del mundo para el estudio de la física, atrayendo a estudiantes como John Cockcroft , Norman Feather y Mark Oliphant . Chadwick siguió su descubrimiento del neutrón midiendo su masa . Anticipó que los neutrones se convertirían en un arma importante en la lucha contra el cáncer. Chadwick dejó el Laboratorio Cavendish en 1935 para convertirse en profesor de física en la Universidad de Liverpool , donde revisó un laboratorio anticuado y, al instalar un ciclotrón , lo convirtió en un centro importante para el estudio de la física nuclear .

Durante la Segunda Guerra Mundial, Chadwick llevó a cabo investigaciones como parte del proyecto Tube Alloys para construir una bomba atómica, mientras que su laboratorio de Manchester y sus alrededores eran acosados ​​por los bombardeos de la Luftwaffe . Cuando el Acuerdo de Quebec fusionó su proyecto con el Proyecto Manhattan estadounidense, pasó a formar parte de la Misión Británica y trabajó en el Laboratorio de Los Álamos y en Washington, DC. Sorprendió a todos al ganarse la confianza casi total del director del proyecto, Leslie R. Groves, Jr. Por sus esfuerzos, Chadwick recibió el título de caballero en los Honores de Año Nuevo el 1 de enero de 1945. En julio de 1945, vio la prueba nuclear Trinity . Después de esto, sirvió como asesor científico británico de la Comisión de Energía Atómica de las Naciones Unidas. Incómodo con la tendencia hacia la Gran Ciencia , se convirtió en el rector del Gonville and Caius College en 1948. Se jubiló en 1959.

James Chadwick nació en Bollington , Cheshire , el 20 de octubre de 1891, ^{[3] [4]} el primer hijo de John Joseph Chadwick, un hilandero de algodón, y Anne Mary Knowles, una empleada doméstica. Fue llamado James en honor a su abuelo paterno. En 1895, sus padres se mudaron a Manchester , dejándolo al cuidado de sus abuelos maternos. Fue a la escuela primaria Bollington Cross y le ofrecieron una beca para la Manchester Grammar School , que su familia tuvo que rechazar porque no podían pagar las pequeñas tarifas que aún debían pagar. En cambio, asistió a la Central Grammar School for Boys en Manchester, donde se reunió con sus padres. Ahora tenía dos hermanos menores, Harry y Hubert; una hermana había muerto en la infancia. A la edad de 16 años, se presentó a dos exámenes para becas universitarias y ganó ambas. ^{[5] [6]}

Chadwick decidió asistir a la Universidad Victoria de Manchester , a la que ingresó en 1908. Tenía la intención de estudiar matemáticas, pero se matriculó en física por error. Como la mayoría de los estudiantes, vivía en casa y caminaba los 6,4 km (4 millas) de ida y vuelta a la universidad todos los días. Al final de su primer año, recibió una beca Heginbottom para estudiar física. El departamento de física estaba dirigido por Ernest Rutherford , que asignaba proyectos de investigación a los estudiantes de último año, y le encargó a Chadwick que ideara un medio para comparar la cantidad de energía radiactiva de dos fuentes diferentes. La idea era que pudieran medirse en términos de la actividad de 1 gramo (0,035 oz) de radio , una unidad de medida que se conocería como curie . El enfoque sugerido por Rutherford era impracticable (algo que Chadwick sabía pero temía decírselo), por lo que Chadwick siguió adelante y finalmente ideó el método requerido. Los resultados se convirtieron en el primer artículo de Chadwick, que, en coautoría con Rutherford, se publicó en 1912. ^[7] Se graduó con honores de primera clase en 1911. ^[8]

Después de idear un medio para medir la radiación gamma, Chadwick procedió a medir la absorción de rayos gamma por varios gases y líquidos. Esta vez, el artículo resultante se publicó solo bajo su nombre. Obtuvo su título de Máster en Ciencias (MSc) en 1912 y fue nombrado Beyer Fellow. Al año siguiente, recibió una beca de la Exposición de 1851 , que le permitió estudiar e investigar en una universidad de Europa continental. Eligió ir al Physikalisch-Technische Reichsanstalt en Berlín en 1913, para estudiar la radiación beta con Hans Geiger . ^{[9] Utilizando} el contador Geiger desarrollado recientemente por Geiger , que proporcionaba más precisión que las técnicas fotográficas anteriores, pudo demostrar que la radiación beta no producía líneas discretas , como se había pensado anteriormente, sino más bien un espectro continuo con picos en ciertas regiones. ^{[10] [11] [12] [13]} En una visita al laboratorio de Geiger, Albert Einstein le dijo a Chadwick que: "Puedo explicar cualquiera de estas cosas, pero no puedo explicarlas ambas al mismo tiempo". ^[12] El espectro continuo seguiría siendo un fenómeno inexplicable durante muchos años . ^[14]

Chadwick todavía estaba en Alemania al comienzo de la Primera Guerra Mundial y fue internado en el campo de internamiento de Ruhleben, cerca de Berlín, donde se le permitió establecer un laboratorio en los establos y realizar experimentos científicos utilizando materiales improvisados, como pasta de dientes radiactiva . ^[15] Con la ayuda de Charles Drummond Ellis , trabajó en la ionización del fósforo y la reacción fotoquímica del monóxido de carbono y el cloro . ^{[16] [17]} Fue liberado después de que el Armisticio con Alemania entrara en vigor en noviembre de 1918 y regresó a la casa de sus padres en Manchester, donde escribió sus hallazgos durante los cuatro años anteriores para los comisionados de la Exposición de 1851. ^[18]

Rutherford le dio a Chadwick un puesto de profesor a tiempo parcial en Manchester, lo que le permitió continuar con la investigación. ^[18] Observó la carga nuclear del platino , la plata y el cobre , y descubrió experimentalmente que era la misma que el número atómico con un error de menos del 1,5 por ciento. ^[19] En abril de 1919, Rutherford se convirtió en director del Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge , y Chadwick se unió a él allí unos meses más tarde. Chadwick recibió una beca Clerk-Maxwell en 1920 y se inscribió como estudiante de Doctorado en Filosofía (PhD) en el Gonville and Caius College de Cambridge . La primera mitad de su tesis fue su trabajo con números atómicos. En la segunda, analizó las fuerzas dentro del núcleo . Su título fue otorgado en junio de 1921. ^[20] En noviembre, se convirtió en miembro del Gonville and Caius College. ^[21]

La beca Clerk-Maxwell de Chadwick expiró en 1923, y fue sucedido por el físico ruso Pyotr Kapitza . El presidente del Consejo Asesor del Departamento de Investigación Científica e Industrial , Sir William McCormick, dispuso que Chadwick se convirtiera en el director asistente de investigación de Rutherford. En este papel, Chadwick ayudó a Rutherford a seleccionar estudiantes de doctorado. Durante los siguientes años, estos incluirían a John Cockcroft , Norman Feather y Mark Oliphant , quienes se convertirían en grandes amigos de Chadwick. Como muchos estudiantes no tenían idea de lo que querían investigar, Rutherford y Chadwick sugerían temas. Chadwick editó todos los artículos producidos por el laboratorio. ^[22]

En 1925, Chadwick conoció a Aileen Stewart-Brown, hija de un corredor de bolsa de Liverpool. Los dos se casaron en agosto de 1925, ^[22] siendo Kapitza el padrino de boda. La pareja tuvo dos hijas gemelas, Joanna y Judith, que nacieron en febrero de 1927. ^[24]

En sus investigaciones, Chadwick continuó investigando el núcleo. En 1925, el concepto de espín había permitido a los físicos explicar el efecto Zeeman , pero también creó anomalías inexplicables. En aquella época se creía que el núcleo estaba formado por protones y electrones, por lo que se supuso que el núcleo del nitrógeno , por ejemplo, con un número másico de 14, contenía 14 protones y 7 electrones. Esto le daba la masa y la carga correctas, pero el espín equivocado. ^[25]

En una conferencia en Cambridge sobre partículas beta y rayos gamma en 1928, Chadwick se encontró nuevamente con Geiger. Geiger había traído consigo un nuevo modelo de su contador Geiger, que había sido mejorado por su estudiante de posdoctorado Walther Müller . Chadwick no había usado uno desde la guerra, y el nuevo contador Geiger-Müller era potencialmente una mejora importante con respecto a las técnicas de centelleo que se usaban entonces en Cambridge, que dependían del ojo humano para la observación. El principal inconveniente era que detectaba la radiación alfa , beta y gamma , y ​​el radio, que el laboratorio Cavendish usaba normalmente en sus experimentos, emitía las tres y, por lo tanto, no era adecuado para lo que Chadwick tenía en mente. Sin embargo, el polonio es un emisor alfa, y Lise Meitner envió a Chadwick alrededor de 2 milicurios (aproximadamente 100 milicurios).0,5 μg ) de Alemania . ^{[26] [27]}

En Alemania, Walther Bothe y su alumno Herbert Becker habían utilizado el polonio para bombardear berilio con partículas alfa, produciendo una forma inusual de radiación. Chadwick hizo que su becario de la Exposición Australiana de 1851, Hugh Webster, duplicara sus resultados. Para Chadwick, esto era evidencia de algo que él y Rutherford habían estado planteando durante años: el neutrón , una partícula nuclear teórica sin carga eléctrica. ^[26] Luego, en enero de 1932, Feather llamó la atención de Chadwick sobre otro resultado sorprendente. Frédéric e Irène Joliot-Curie habían logrado extraer protones de cera de parafina utilizando polonio y berilio como fuente de lo que creían que era radiación gamma. Rutherford y Chadwick no estaban de acuerdo; los protones eran demasiado pesados ​​para eso. Pero los neutrones necesitarían solo una pequeña cantidad de energía para lograr el mismo efecto. En Roma, Ettore Majorana llegó a la misma conclusión: los Joliot-Curie habían descubierto el neutrón pero no lo sabían. ^[28]

Chadwick abandonó todas sus otras responsabilidades para concentrarse en demostrar la existencia del neutrón, asistido por Feather ^[29] y trabajando frecuentemente hasta altas horas de la noche. Ideó un aparato simple que consistía en un cilindro que contenía una fuente de polonio y un objetivo de berilio. La radiación resultante podía entonces dirigirse a un material como cera de parafina. Las partículas desplazadas, que eran protones, irían a una pequeña cámara de ionización donde podrían detectarse con un osciloscopio . ^[28] En febrero de 1932, después de sólo dos semanas de experimentación con neutrones, ^[15] Chadwick envió una carta a Nature titulada "Posible existencia de un neutrón". ^[30] Comunicó sus hallazgos en detalle en un artículo enviado a Proceedings of the Royal Society A titulado "La existencia de un neutrón" en mayo. ^{[31] [32]} Su descubrimiento del neutrón fue un hito en la comprensión del núcleo. Al leer el artículo de Chadwick, Robert Bacher y Edward Condon se dieron cuenta de que las anomalías en la teoría vigente en ese momento, como el espín del nitrógeno, se resolverían si el neutrón tuviera un espín de 1/2 y que un núcleo de nitrógeno estuviera formado por siete protones y siete neutrones. ^{[33] [34]}

Los físicos teóricos Niels Bohr y Werner Heisenberg consideraron si el neutrón podría ser una partícula nuclear fundamental como el protón y el electrón, en lugar de un par protón-electrón. ^{[35] [36] [37] [38]} Heisenberg demostró que el neutrón se describía mejor como una nueva partícula nuclear, ^{[37] [38]} pero su naturaleza exacta seguía sin estar clara. En su Conferencia Bakeriana de 1933 , Chadwick estimó que un neutrón tenía una masa de aproximadamente1,0067  u . Dado que un protón y un electrón tenían una masa combinada de1.0078 u , esto implicaba que el neutrón, como compuesto protón-electrón, tenía una energía de enlace de aproximadamente2  MeV , lo que sonaba razonable, ^[39] aunque era difícil entender cómo una partícula con tan poca energía de enlace podía ser estable. ^[38] Sin embargo, estimar una diferencia de masa tan pequeña requería mediciones precisas desafiantes, y se obtuvieron varios resultados contradictorios en 1933-4. Al bombardear boro con partículas alfa, Frédéric e Irène Joliot-Curie obtuvieron un valor grande para la masa de un neutrón, pero el equipo de Ernest Lawrence en la Universidad de California produjo uno pequeño. ^[40] Luego Maurice Goldhaber , un refugiado de la Alemania nazi y estudiante de posgrado en el Laboratorio Cavendish, sugirió a Chadwick que los deuterones podían ser fotodesintegrados por los rayos gamma de 2,6 MeV de ²⁰⁸ Tl (entonces conocido como torio C" ):

2 1D

+

gamma

→

1 1yo

+

norte

A partir de este proceso se pudo determinar un valor preciso para la masa del neutrón. Chadwick y Goldhaber lo probaron y descubrieron que funcionaba. ^{[41] [42] [43]} Midieron la energía cinética del protón producido como 1,05 MeV, dejando la masa del neutrón como incógnita en la ecuación. Chadwick y Goldhaber calcularon que era 1,0084 o 1,0090 unidades atómicas, dependiendo de los valores utilizados para las masas del protón y el deuterón. ^{[44] [43]} (El valor moderno aceptado para la masa del neutrón es1.008 66  u .) La masa del neutrón era demasiado grande para ser un par protón-electrón. ^[44]

Por su descubrimiento del neutrón, Chadwick fue galardonado con la Medalla Hughes de la Royal Society en 1932, el Premio Nobel de Física en 1935, la Medalla Copley en 1950 y la Medalla Franklin en 1951. ^[6] Su descubrimiento del neutrón hizo posible producir elementos más pesados ​​que el uranio en el laboratorio mediante la captura de neutrones lentos seguida de desintegración beta . A diferencia de las partículas alfa con carga positiva , que son repelidas por las fuerzas eléctricas presentes en los núcleos de otros átomos, los neutrones no necesitan superar ninguna barrera de Coulomb , y por lo tanto pueden penetrar y entrar en los núcleos incluso de los elementos más pesados ​​como el uranio. Esto inspiró a Enrico Fermi a investigar las reacciones nucleares provocadas por colisiones de núcleos con neutrones lentos, trabajo por el que Fermi recibiría el Premio Nobel en 1938. ^[45]

El 4 de diciembre de 1930, Wolfgang Pauli propuso otro tipo de partícula para explicar el espectro continuo de radiación beta que Chadwick había informado en 1914. Dado que no se podía explicar toda la energía de la radiación beta, parecía violarse la ley de conservación de la energía , pero Pauli argumentó que esto podría corregirse si estuviera involucrada otra partícula no descubierta. ^[46] Pauli también llamó a esta partícula neutrón, pero claramente no era la misma partícula que el neutrón de Chadwick. Fermi lo rebautizó como neutrino , que en italiano significa "pequeño neutrón". ^[47] En 1934, Fermi propuso su teoría de la desintegración beta que explicaba que los electrones emitidos desde el núcleo se creaban por la desintegración de un neutrón en un protón, un electrón y un neutrino. ^{[48] [49]} El neutrino podía explicar la energía faltante, pero una partícula con poca masa y sin carga eléctrica era difícil de observar. Rudolf Peierls y Hans Bethe calcularon que los neutrinos podían atravesar fácilmente la Tierra, por lo que las posibilidades de detectarlos eran escasas. ^{[50] [51]} Frederick Reines y Clyde Cowan confirmarían el neutrino el 14 de junio de 1956 colocando un detector dentro de un gran flujo de antineutrinos procedente de un reactor nuclear cercano. ^[52]

Con el inicio de la Gran Depresión en el Reino Unido , el gobierno se volvió más parsimonioso con la financiación de la ciencia. Al mismo tiempo, la reciente invención de Lawrence, el ciclotrón , prometía revolucionar la física nuclear experimental, y Chadwick sintió que el laboratorio Cavendish se quedaría atrás a menos que también adquiriera uno. Por lo tanto, se irritó con Rutherford, quien se aferraba a la creencia de que todavía se podía hacer buena física nuclear sin equipo grande y costoso, y rechazó la solicitud de un ciclotrón. ^[53]

Chadwick era un crítico de la Gran Ciencia en general, y de Lawrence en particular, cuyo enfoque consideraba descuidado y centrado en la tecnología a expensas de la ciencia. Cuando Lawrence postuló la existencia de una partícula nueva y hasta entonces desconocida que, según él, era una posible fuente de energía ilimitada, en la Conferencia Solvay de 1933, Chadwick respondió que los resultados eran más probablemente atribuibles a la contaminación del equipo. ^[54] Mientras Lawrence volvía a comprobar sus resultados en Berkeley sólo para descubrir que Chadwick estaba en lo cierto, Rutherford y Oliphant llevaron a cabo una investigación en Cavendish que descubrió que el deuterio se fusiona para formar helio-3 , causando así el efecto que Lawrence había observado. Este fue otro descubrimiento importante, pero el acelerador de partículas Oliphant-Rutherford era un costoso equipo de última generación. ^{[55] [56] [57] [58]}

En marzo de 1935, Chadwick recibió una oferta para ocupar la cátedra Lyon Jones de física en la Universidad de Liverpool , en la ciudad natal de su esposa, para suceder a Lionel Wilberforce . El laboratorio era tan anticuado que todavía funcionaba con electricidad de corriente continua , pero Chadwick aprovechó la oportunidad y asumió la cátedra el 1 de octubre de 1935. El prestigio de la universidad pronto se vio reforzado por el Premio Nobel de Chadwick, que se anunció en noviembre de 1935. ^[59] Su medalla se vendió en una subasta en 2014 por 329 000 dólares. ^[60]

Chadwick se propuso adquirir un ciclotrón para Liverpool. Comenzó gastando 700 libras para renovar los anticuados laboratorios de Liverpool, de modo que algunos componentes pudieran fabricarse internamente. ^[61] Pudo persuadir a la universidad para que aportara 2000 libras y obtuvo una subvención por otras 2000 libras de la Royal Society. ^[62] Para construir su ciclotrón, Chadwick trajo a dos jóvenes expertos, Bernard Kinsey y Harold Walke, que habían trabajado con Lawrence en la Universidad de California. Un fabricante de cables local donó el conductor de cobre para las bobinas. El imán de 50 toneladas del ciclotrón fue fabricado en Trafford Park por Metropolitan-Vickers , que también fabricó la cámara de vacío. ^[63] El ciclotrón se instaló completamente y estuvo funcionando en julio de 1939. El costo total de £5,184 fue más de lo que Chadwick había recibido de la universidad y la Royal Society, por lo que Chadwick pagó el resto con su premio Nobel de 159,917 coronas (£8,243). ^[64]

En Liverpool, las facultades de Medicina y Ciencias trabajaron en estrecha colaboración. Chadwick pasó a ser automáticamente miembro del comité de ambas facultades y en 1938 fue nombrado miembro de una comisión encabezada por Lord Derby para investigar las disposiciones sobre el tratamiento del cáncer en Liverpool. Chadwick previó que los neutrones y los isótopos radiactivos producidos con el ciclotrón de 37 pulgadas podrían utilizarse para estudiar los procesos bioquímicos y podrían convertirse en un arma en la lucha contra el cáncer. ^{[65] [66]}

En Alemania, Otto Hahn y Fritz Strassmann bombardearon uranio con neutrones y observaron que el bario , un elemento más ligero, se encontraba entre los productos obtenidos. Hasta entonces, solo se habían producido elementos iguales o más pesados ​​mediante el proceso. En enero de 1939, Meitner y su sobrino Otto Frisch sorprendieron a la comunidad de físicos con un artículo que explicaba este resultado . ^[67] Teorizaron que los átomos de uranio bombardeados con neutrones pueden romperse en dos fragmentos aproximadamente iguales, un proceso al que llamaron fisión . Calcularon que esto daría como resultado la liberación de unos 200 MeV , lo que implica una liberación de energía de órdenes de magnitud mayor que las reacciones químicas, ^[68] y Frisch confirmó su teoría experimentalmente. ^[69] Hahn pronto observó que si se liberaban neutrones durante la fisión, entonces era posible una reacción en cadena. ^[70] Los científicos franceses Pierre Joliot , Hans von Halban y Lew Kowarski pronto comprobaron que efectivamente se emitía más de un neutrón por fisión. ^[71] En un artículo escrito en coautoría con el físico estadounidense John Wheeler , Bohr teorizó que era más probable que la fisión ocurriera en el isótopo uranio-235 , que representaba solo el 0,7 por ciento del uranio natural. ^{[72] [73]}

Chadwick no creía que hubiera ninguna posibilidad de otra guerra con Alemania en 1939, y se llevó a su familia de vacaciones a un lago remoto en el norte de Suecia. Por lo tanto, la noticia del estallido de la Segunda Guerra Mundial fue una sorpresa. Decidido a no pasar otra guerra en un campo de internamiento, Chadwick se dirigió a Estocolmo lo más rápido que pudo, pero cuando llegó allí con su familia, descubrió que todo el tráfico aéreo entre Estocolmo y Londres había sido suspendido. Regresaron a Inglaterra en un barco de vapor . Cuando llegó a Liverpool, Chadwick encontró que Joseph Rotblat , un becario postdoctoral polaco que había venido a trabajar con el ciclotrón, ahora estaba en la indigencia, ya que no recibía fondos de Polonia. Chadwick contrató rápidamente a Rotblat como profesor, a pesar de su pobre dominio del inglés. ^[74]

En octubre de 1939, Chadwick recibió una carta de Sir Edward Appleton , el Secretario del Departamento de Investigación Científica e Industrial, pidiendo su opinión sobre la viabilidad de una bomba atómica . Chadwick respondió con cautela. No descartó la posibilidad, pero repasó cuidadosamente las muchas dificultades teóricas y prácticas involucradas. Chadwick decidió investigar más a fondo las propiedades del óxido de uranio con Rotblat. ^[75] En marzo de 1940, Otto Frisch y Rudolf Peierls en la Universidad de Birmingham reexaminaron las cuestiones teóricas involucradas en un documento que se conoció como el memorando Frisch-Peierls . En lugar de analizar el óxido de uranio no enriquecido, consideraron lo que sucedería con una esfera de uranio-235 puro, y descubrieron que no solo podría ocurrir una reacción en cadena, sino que podría requerir tan solo 1 kilogramo (2,2 libras) de uranio-235 y liberar la energía de toneladas de dinamita. ^[76]

Se creó un subcomité especial del Comité para el Estudio Científico de la Guerra Aérea (CSSAW), conocido como el Comité MAUD , para investigar el asunto más a fondo. Fue presidido por Sir George Thomson y entre sus miembros originales se encontraba Chadwick, junto con Mark Oliphant, John Cockcroft y Philip Moon . ^[77] Mientras otros equipos investigaban las técnicas de enriquecimiento de uranio , el equipo de Chadwick en Liverpool se concentró en determinar la sección transversal nuclear del uranio-235. ^[78] En abril de 1941, se había confirmado experimentalmente que la masa crítica del uranio-235 podría ser de 8 kilogramos (18 libras) o menos. ^[79] Su investigación sobre tales asuntos se complicó por los bombardeos casi incesantes de la Luftwaffe en los alrededores de su laboratorio de Liverpool; las ventanas estallaban con tanta frecuencia que fueron reemplazadas por cartón. ^[80]

En julio de 1941, Chadwick fue elegido para escribir el borrador final del Informe MAUD, que, cuando Vannevar Bush lo presentó al presidente Franklin D. Roosevelt en octubre de 1941, inspiró al gobierno de los EE. UU. a invertir millones de dólares en la búsqueda de una bomba atómica. ^[81] Cuando George B. Pegram y Harold Urey visitaron Gran Bretaña para ver cómo iba el proyecto, ^[82] ahora conocido como Tube Alloys , ^[83] Chadwick pudo decirles: "Me gustaría poder decirles que la bomba no va a funcionar, pero estoy 90 por ciento seguro de que lo hará". ^[82]

En un libro reciente sobre el proyecto de la bomba, Graham Farmelo escribió que «Chadwick hizo más que cualquier otro científico para darle a Churchill la bomba... Chadwick fue puesto a prueba casi hasta el punto de ruptura». ^[84] Tan preocupado que no podía dormir, Chadwick recurrió a pastillas para dormir, que siguió tomando durante la mayor parte de sus años restantes. Chadwick dijo más tarde que se dio cuenta de que «una bomba nuclear no sólo era posible, sino inevitable. Tarde o temprano estas ideas no podían ser exclusivas de nosotros. Todo el mundo pensaría en ellas en poco tiempo, y algún país las pondría en práctica». ^[85] Sir Hermann Bondi sugirió que era una suerte que Chadwick, no Rutherford, fuera el decano de la física del Reino Unido en ese momento, ya que el prestigio de este último podría haber dominado el interés de Chadwick en «mirar hacia adelante» a las perspectivas de la bomba. ^[86]

Debido al peligro de bombardeo aéreo, los Chadwick enviaron a sus gemelos a Canadá como parte de un plan de evacuación del gobierno . ^[87] Chadwick se mostró reacio a trasladar Tube Alloys allí, creyendo que el Reino Unido era una mejor ubicación para la planta de separación de isótopos. ^[88] El enorme alcance del esfuerzo se hizo más evidente en 1942: incluso una planta de separación piloto costaría más de £1 millón y agotaría los recursos de Gran Bretaña, por no hablar de una planta a gran escala, cuyo coste se estimaba en torno a los £25 millones. Tendría que construirse en Estados Unidos. ^[89] Al mismo tiempo que los británicos se convencieron de que era necesario un proyecto conjunto, el progreso del Proyecto Manhattan estadounidense era tal que la cooperación británica parecía menos esencial, aunque los estadounidenses todavía estaban ansiosos por utilizar los talentos de Chadwick. ^[90]

La cuestión de la cooperación tuvo que abordarse al más alto nivel. En septiembre de 1943, el primer ministro Winston Churchill y el presidente Roosevelt negociaron el Acuerdo de Quebec , que restableció la cooperación entre Gran Bretaña, Estados Unidos y Canadá. Chadwick, Oliphant, Peierls y Simon fueron convocados a los Estados Unidos por el director de Tube Alloys, Sir Wallace Akers , para trabajar con el Proyecto Manhattan. El Acuerdo de Quebec estableció un nuevo Comité de Política Combinada para dirigir el proyecto conjunto. A los estadounidenses no les gustaba Akers, por lo que Chadwick fue nombrado asesor técnico del Comité de Política Combinada y jefe de la Misión Británica. ^[91]

Chadwick dejó a Rotblat a cargo en Liverpool y comenzó una gira por las instalaciones del Proyecto Manhattan en noviembre de 1943, a excepción del sitio de Hanford donde se producía plutonio, que no se le permitió ver. Se convirtió en el único hombre, aparte de Groves y su segundo al mando, en tener acceso a todas las instalaciones de investigación y producción estadounidenses para la bomba de uranio. Al observar el trabajo en la instalación de difusión gaseosa K-25 en Oak Ridge, Tennessee , Chadwick se dio cuenta de lo equivocado que había estado al construir la planta en Gran Bretaña en tiempos de guerra. La enorme estructura nunca podría haber sido ocultada a la Luftwaffe. ^[92] A principios de 1944, se mudó a Los Álamos, Nuevo México , con su esposa y sus gemelos, que ahora hablaban con acento canadiense. ^[93] Por razones de seguridad, se le dio el nombre encubierto de James Chaffee. ^[94]

Chadwick aceptó que los estadounidenses no necesitaban la ayuda británica, pero que aún podía ser útil para llevar el proyecto a una conclusión rápida y exitosa. Trabajando en estrecha colaboración con el director del Proyecto Manhattan, el mayor general Leslie R. Groves, Jr. , intentó hacer todo lo posible para apoyar el esfuerzo. ^[95] También se esforzó por colocar científicos británicos en tantas partes del proyecto como fuera posible para facilitar un proyecto británico de armas nucleares de posguerra con el que Chadwick estaba comprometido. Las solicitudes de Groves a través de Chadwick para científicos particulares tendían a encontrarse con un rechazo inmediato por parte de la empresa, el ministerio o la universidad que los empleaba en ese momento, solo para ser superadas por la prioridad absoluta otorgada a Tube Alloys. ^[96] Como resultado, el equipo británico fue fundamental para el éxito del Proyecto. ^[97]

Aunque conocía mejor el proyecto que cualquier otra persona de Gran Bretaña, ^[98] Chadwick no tenía acceso a la planta de Hanford. A Lord Portal se le ofreció una visita guiada a Hanford en 1946. "Esta era la única planta a la que se le había negado el acceso a Chadwick en tiempos de guerra, y ahora le preguntó a Groves si podía acompañar a Portal. Groves respondió que sí, pero que si lo hacía, "Portal no vería mucho". ^[99] Por sus esfuerzos, Chadwick recibió el título de caballero en los honores de Año Nuevo el 1 de enero de 1945. [ ^100] Consideró que esto era un reconocimiento al trabajo de todo el proyecto Tube Alloys. ^[101]

A principios de 1945, Chadwick pasaba la mayor parte de su tiempo en Washington, DC, y su familia se mudó de Los Alamos a una casa en Dupont Circle en Washington en abril de 1945. ^[101] Estuvo presente en la reunión del Comité de Política Combinada el 4 de julio cuando el mariscal de campo Sir Henry Maitland Wilson dio el acuerdo de Gran Bretaña para usar la bomba atómica contra Japón, ^[102] y en la prueba nuclear Trinity el 16 de julio, cuando se detonó la primera bomba atómica. ^[103] Dentro de su pozo había un iniciador de neutrones modulado de polonio-berilio , un desarrollo de la técnica que Chadwick había usado para descubrir el neutrón más de una década antes. ^[104] William L. Laurence , reportero del New York Times adjunto al Proyecto Manhattan, escribió que "nunca antes en la historia ningún hombre había vivido para ver su propio descubrimiento materializarse con un efecto tan revelador en el destino del hombre". ^[105]

Poco después de que terminara la guerra, Chadwick fue designado miembro del Comité Asesor sobre Energía Atómica (ACAE). También fue designado como asesor científico británico de la Comisión de Energía Atómica de las Naciones Unidas . Chocó con su compañero miembro del ACAE Patrick Blackett , quien no estaba de acuerdo con la convicción de Chadwick de que Gran Bretaña necesitaba adquirir sus propias armas nucleares; pero fue la posición de Chadwick la que finalmente se adoptó. Regresó a Gran Bretaña en 1946, para encontrar un país todavía acosado por el racionamiento y la escasez de guerra. ^[106]

En esa época, Sir James Mountford, vicerrector de la Universidad de Liverpool, escribió en su diario que "nunca había visto a un hombre 'tan cansado física, mental y espiritualmente' como Chadwick, porque "había sondeado tales profundidades de decisión moral que hombres más afortunados nunca son llamados siquiera a escudriñar... [y sufrió]... agonías casi insoportables de responsabilidad derivadas de su trabajo científico". ^[107]

En 1948, Chadwick aceptó una oferta para convertirse en rector del Gonville and Caius College. El trabajo era prestigioso pero poco definido; el rector era el jefe titular de la universidad, pero la autoridad residía en realidad en un consejo de 13 miembros, de los cuales uno era el rector. Como rector, Chadwick se esforzó por mejorar la reputación académica de la universidad. Aumentó el número de becas de investigación de 31 a 49 y buscó atraer talento a la universidad. ^[108] Esto implicó decisiones controvertidas, como la contratación en 1951 del bioquímico chino Tien-chin Tsao ^[109] y del economista nacido en Hungría Peter Bauer . En lo que se conoció como la Rebelión de los Campesinos, los miembros liderados por Patrick Hadley expulsaron del consejo a un viejo amigo de Chadwick y lo reemplazaron por Bauer. En los años siguientes, Chadwick perdió a más amigos y se retiró en noviembre de 1958. Fue durante su maestría que Francis Crick , un estudiante de doctorado en el Gonville and Caius College, y James Watson descubrieron la estructura del ADN . ^[108]

En los años setenta, Chadwick se volvió más frágil y rara vez salía de su apartamento, aunque viajó a Liverpool para celebrar su octogésimo cumpleaños. Ateo de toda la vida, no vio motivos para adoptar la fe religiosa en su vida posterior. Murió mientras dormía el 24 de julio de 1974. ^[110]

• Elegido miembro de la Royal Society en 1927. ^[111]
• Medalla al Mérito de los Estados Unidos,
• Pour le Mérite de Alemania. ^[110]
• Miembro extranjero de la Real Academia Holandesa de Artes y Ciencias en 1946
• Miembro internacional de la Sociedad Filosófica Americana en 1948. ^[112]
• Miembro de la Orden de los Compañeros de Honor en los Honores de Año Nuevo el 1 de enero de 1970 por "servicios a la ciencia", ^[113] y fue al Palacio de Buckingham para la ceremonia de investidura.

• Los documentos de Chadwick se conservan en el Centro de Archivos Churchill en Cambridge y son accesibles al público. ^[114]
• El Laboratorio Chadwick de la Universidad de Liverpool. ^[115]
• Cátedra de Física Experimental Sir James Chadwick, también en la Universidad de Liverpool. Nombrada en 1991 como parte de las celebraciones del centenario de su nacimiento. ^[116]
• Edificio James Chadwick, que alberga parte de la Escuela de Ingeniería Química y Ciencias Analíticas de la Universidad de Manchester , así como el Centro Industrial de Ingeniería Sostenible. ^[117]
• La historiadora oficial de la Autoridad de Energía Atómica del Reino Unido, Lorna Arnold, describió a Chadwick como "un físico, un científico-diplomático y un hombre bueno, sabio y humano". ^[118]
• Chadwick (cráter) , en la Luna ^[119]

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• "Sir James Chadwick, FRS" Nature . 161 (4103): 964. 1948. Código Bibliográfico :1948Natur.161Q.964.. doi : 10.1038/161964a0 .
• "Sir James Chadwick, CH, LL.D., FRS: 80º aniversario". Física contemporánea . 13 (3): 310. 1972. Bibcode :1972ConPh..13..310.. doi :10.1080/00107517208205684.
• Rutherford, Ernest ; Chadwick, James; Ellis, Charles D. (2010). Radiación de sustancias radiactivas (reimpresión de la 2.ª ed.). Cambridge University Press . ISBN 978-1-108-00901-0.

• Transcripción de la entrevista de historia oral con James Chadwick el 15 de abril de 1969, Instituto Americano de Física, Biblioteca y Archivos Niels Bohr – Sesión I
• Transcripción de la entrevista de historia oral con James Chadwick el 16 de abril de 1969, Instituto Americano de Física, Biblioteca y Archivos Niels Bohr – Sesión II
• Transcripción de la entrevista de historia oral con James Chadwick el 17 de abril de 1969, Instituto Americano de Física, Biblioteca y Archivos Niels Bohr – Sesión III
• Transcripción de la entrevista de historia oral con James Chadwick el 20 de abril de 1969, Instituto Americano de Física, Biblioteca y Archivos Niels Bohr – Sesión IV
• James Chadwick en Nobelprize.org