زندگینامه سر جیمز چدویک و کارهای علمی او

سر جیمز چدویک طی سال‌های ۱۹۱۱ تا ۱۹۱۳ از دانشگاه منچستر فارغ التحصیل شد و دو سال بعد را صرف کار کردن برای ارنست رادرفورد کرد و در سال ۱۹۱۳ به برلین رفت تا تحت نظر هانس گایگر مشهور به تحصیل بپردازد و در سال ۱۹۲۰ مجدداً به رادرفورد در آزمایشگاه کاوندیش کمبریج ملحق شده در سال ۱۹۳۲ نوترون را کشف کرد و در سال ۱۹۳۵ جایزه نوبل فیزیک به او اعطا شد.

جیمز چدویک انگلیسی در ابتدا به عنوان دستیار ارنست رادرفورد حتی پیش از این که او به پیشرفتی، نایل آید که ورودش به این کتاب را ممکن کند، دوره کاری برجسته‌ای در فیزیک داشت. اما راه حل او در مورد یکی از آخرین رازهای باقی‌مانده در ارتباط با ساختار ابتدایی اتم از طریق کشف نوترون، ترقی وی را از محققی تا حدودی گمنام به فیزیکدانی نامبردار تضمین کرد.

چدویک در سال ۱۹۱۰ هنگامی که رادرفورد جایگاه خود را به عنوان رئیس آزمایشگاه کاوندیش در کمبریج بر عهده گرفت، مجدداً به رادرفورد ملحق شد که قبلا برای او در منچستر کار کرده بود. آن‌ها به طور موفقیت آمیزی در کنار هم تا سال ۱۹۳۵ در آن‌جا کار کردند تا وقتی که چدویک آن‌جا را برای استادی فیزیک دانشگاه لیورپول ترک کرد، کار اولیه چدویک در کمبریج به طور عمده به حرکت رگباری عناصر با ذرات مربوط بود تا این تغییر و سایر آثاری را که می‌توانست داشته باشد، مشاهده شود. یکی از آثار مهمی که در اثر آن شکل گرفت این نتیجه‌گیری بود که هسته اتم هیدروژن پروتونی دارد که بار مثبت یافته و دارای وزن اتمی یک است، در واقع در هسته هر اتم دیگر، فقط در مقادیر بیشتر وجود دارد.

وزن اتم

این کار در توضیح وزن اتمی اتم‌ها هنوز با دشواری‌هایی مواجه بود، که عمده‌ترین آن‌ها این واقعیت بود که جرم اجزای تشکیل دهنده شناخته شده اتم به طور قطع جور در نمی‌آمدند. به نظر رسید که پروتون‌ها حدود نیمی از این وزن در نظر گرفته شده و از نظر تعداد با تعداد مساوی از الکترون‌هایی که بار منفی دارند، منطبق‌اند تا بار مثبت آن‌ها را خنثی کنند. ولی وزن الکترون یک هزارم وزن پروتون است، بنابراین هنوز تقریبا نیمی از وزن اتمی عناصر برای آن محاسبه نشده بود. یک نظریه عمده پیشنهاد کرد که وزن گم شده مربوط به پروتون‌هایی است که بار آن‌ها و بنابراین خودشان توسط الکترون‌های اضافی که درون هسته قرار دارند پنهان شده است. گرچه مشکل این نظریه هنگامی است که هسته‌ها تجزیه می‌شوند؛ هیچ شاهدی مبنی بر وجود این الکترون‌های اضافی وجود نداشت.

رگباری از ذرات آلفا

سر انجام چدویک در سال ۱۹۳۲ معمایی را پس از نتایج یک آزمایش که توسط ایرن و فردریک ژولیت – کوری صورت گرفت حل کرد ) ایرن دختر پیر و ماری کوری بود). این زوج در سال ۱۹۳۲ دریافته بودند هنگامی که عنصر بریلیم توسط ذرات آلفا دست‌خوش رگبار قرار می‌گیرند، تابش ناشی از آن می‌تواند پروتون‌ها را وادار به خروج از موادی کند که حاوی هیدروژن‌اند. نتیجه گرفته بودند که این گسیل به واسطه واکنشی در اثر پرتوهای گاما ایجاد می‌شود ولی چدویک به زودی ثابت کرد که هیچ راهی وجود ندارد که این پرتوها بتوانند چنین کاری را انجام دهند. این احتمال خیلی بیش‌تر بود که واحدهای زیر اتمی دارای بار خنثی هستند که او آن‌ها را نوتریم نامیده بود و دارای وزنی مشابه پروتون‌ها بودند که بتوانند چنین واکنشی ایجاد کنند و در نتیجه در اثر این تابش به وجود آمده باشند. رادرفورد قبلاً بر وجود ذرات مشابهی در سال ۱۹۲۰ اشاره کرده بود ولی اکنون شواهد قوی برای آن وجود داشت. این توضیح پذیرش گستردهٔ همگانی یافت و دست کم معمای وزن اتمی حل شده بود: تعداد مشابه نوترون‌ها و پروتون‌ها در اتم یک عنصر ۵۰ درصد باقیمانده جرم «مفقود شده» قبلی را تشکیل می‌دهد.

اهدای نشان شوالیه به چدویک در سال ۱۹۴۵ تا حدی به علت این کشف ولی عمدتاً به علت خدمت علمی او به انگلستان در هنگام جنگ جهانی دوم بود. در واقع دوران زندگی چدویک توسط هر دو جنگ جهانی ولی به شیوه‌های کاملا متفاوتی تحت تاثیر قرار گرفت. او پس از این که به علت آلمانی بودنش برای بر انجام کار با هانس گایگر در آغاز عملیات جنگی بدشانسی آورد، جنگ جهانی اول را در یک اصطبل میدان اسبدوانی سپری کرد و به مدت چهار سال از پیشرفت‌های علمی اش باز ماند. اما در دور بعدی مدت زمانی را که به طور عمده در ایالات متحده آمریکا سپری کرد، به عنوان رئیس با نفوذ هیئت نمایندگان انگلستان بود که بر روی ساخت بمب اتمی کار می‌کردند. چدویک جایزه نوبل فیزیک سال ۱۹۳۵ را به علت کشف نوترون به دست آورد.

دستاوردهای دیگر

کشف نوترون‌ها ذرات بنیادی عاری از هر نوع بار الکتریکی توسط چدویک در پیشرفت فیزیک هسته‌ای ضروری بود. بر خلاف هسته هلیم) پرتوهای آلفا(که باردار می‌شد و در نتیجه توسط نیروهای الکتریکی قابل توجه موجود در هسته اتم‌های سنگین دفع می‌شوند، نوترون قادر به نفوذ و حتی شکافتن هسته سنگین‌ترین عناصر، ایجاد امکان انفجار اورانیم ۲۳۵ است. این موضوع ساخت بمب اتمی را امکان پذیر کرد. به چادویک به خاطر این کشف تاریخ ساز جایزه نوبل فیزیک در سال ۱۹۳۵ اعطا شد.

کشف نوترون توسط چدویک ساخت بمب اتمی را امکان پذیر کرد.