В начале 20 века мир физики находился на пороге монументальных открытий. Постоянно проводились различные кропотливые исследования и пылкие поиски разгадок тайн атомного ядра. Среди многих ученых того времени был Джеймс Чедвик, физик из Манчестера, которому удалось навсегда изменить наше представление о структуре атома благодаря своему прорывному открытию нейтрона. Далее на imanchester.info.
Юные годы и становление
Будущий физик Джеймс Чедвик родился в 1891 года в Боллингтоне, графство Чешир, небольшом городке недалеко от Манчестера. Рос и воспитывался в довольно скромной семье. Его отец был обычным прядильщомком хлопка, а мать работала домашней прислугой. Когда юному парню было всего лишь 4 года его родители переехали в Манчестер, а он остался на воспитание у дедушки с бабушкой. Также следует отметить, что с раннего возраста Чедвик проявлял исключительные способности к естественным наукам и математике. Был довольно успешным в учебе. В частности, он посещал начальную школу Боллингтон-Кросс. Именно там его интеллектуальные способности принесли ему первое в жизни достижение — стипендию в Манчестерском университете, где он должен был учиться под руководством известного физика Эрнеста Резерфорда. Но, к сожалению, из-за финансового положения родителей, семье пришлось отказаться от такой возможности. Вместо этого Чедвик поступил в Центральную гимназию для мальчиков, которая находилась в Манчестере. В 16 лет ему удалось успешно сдать два экзамена на университетскую стипендию. Более того, он выиграл обе стипендии.
Выбор будущего физика пал на Манчестерский университет Виктории. Следует отметить, что изначально парня привлекала математика, но по ошибке он подал документы на факультет физики. Эта случайность оказалась судьбоносной и изменила всю его дальнейшую жизнь. Все же Чедвик попал на факультет выдающегося физика того времени Эрнеста Резерфорда, который поручил разные исследовательские проекты студентам последнего курса, а также поручил Чедвику разработать способ сравнения количества радиоактивной энергии двух разных источников.
В университете увлечение Чедвика атомным миром усиливалось с каждым днем. Под руководством Резерфорда он проводил эксперименты, которые заложили основу для его будущих открытий.
Ранние исследования
Ранние университетские исследования Чедвика заключается в том, чтобы можно было сравнить количество радиоактивной энергии двух разных источников в единицах активности 1 грамма (0,035 унции) радия (эти исследования привели к тому, что в дальнейшем была придумана такая единицы измерения как кюри). Требования Резерфорда оказались далеко не работоспособными и Чедвик это знал, но как ученик боялся сказать об этом своему учителю, поэтому продолжал работать и отстаивать свою точку зрения данного проекта. В конечном итоге Чедвику удалось разработать требуемый метод. Его результаты вошли в первую научную статью Чедвика, соавтором которой также стал и Резерфорд.
Кроме того, впоследствии Чедвику удалось разработать метод измерения гамма-излучения. В результате этого открытия Чедвиком была опубликована еще одна резонансная научная статья.
В 1912 году он с отличием получил степень магистра наук и продолжил свою успешную исследовательскую и научную деятельность. Более того, Чедвик получил специальную
выставочной стипендией 1851 года, которая позволила ему учиться и проводить исследования в университете в континентальной Европе. А уже в 1913 году он решил воспользоваться всеми привилегиями и отправился в Берлин изучать бета-излучение под руководством Ганса Гейгера в Физико-техническом университете рейхсанштальта. Здесь он провел немало времени над детальным изучением излучений.
Но, к сожалению мир оказался на пороге Первой мировой войны. Чедвик находясь на территории Германии был направлен в лагерь для интернированных Рухлебен. Несмотря на жестокие условия военного времени там ему разрешили продолжить работу над его исследованиями. Под лабораторию выделили даже конюшню. В частности, в военные й период он посвятил себя работе над ионизацией фосфора и фотохимической реакцией окиси углерода и хлора. После освобождения в 1918 году он вернулся в родной Манчестер, где подготовил детальный доклад по результатам проведенных исследований к специальной выставке.
В Манчестере Чедвик снова попал к Резерфорду, который предложил ему должность преподавателя на неполный рабочий день. Данная должность позволила бы ему продолжить проводить исследования в области физики. Таким образом, по возвращению в Манчестер Чедвик занялся изучением ядерного заряда платины, серебра и меди. В результате данного исследования удалось обнаружить, что заряд совпадает с атомным номером с погрешностью менее 1,5%.
Открытие нейтрона
1920-1930-е годы для Чедвика были периодом интенсивных научных исследований природы атома. Хотя протоны и электроны были хорошо известными составными частями атома, существование еще одной субатомной частицы оставалось спекулятивным. Резерфорд, друг и бывший учитель Чедвика, выдвинул гипотезу о наличии нейтральной частицы внутри ядра, чтобы объяснить различия в атомной массе, но ее существование еще не было доказано.
Возможность сделать новаторское открытие представилась Чедвику в 1932 году. Работая в Кавендишской лаборатории, он исследовал результаты экспериментов, проведенных французскими физиками Ирен и Фредериком Жолио-Кюри, которые наблюдали необычное излучение при бомбардировке бериллия альфа-частицами. Именно тогда Чедвику пришла гениальная мысль, что это излучение могло быть не гамма-лучами, как предполагали Жолио-Кюри, а чем-то гораздо более значительным.
С помощью серии тщательных экспериментов Чедвик доказал, что излучение состоит из незаряженных частиц с массой, близкой к массе протона. Эти частицы, которые он назвал нейтронами, не имели электрического заряда и поэтому были способны проникать в атомные ядра, не отталкиваясь положительным зарядом протонов. Его открытие стало революционным открытием и огромным скачком в области атомной физике. Именно ему удалось в 1932 году разгадать недостающую часть головоломки атомного ядра.
За свое революционное открытие нейтрона в 1932 году Чедвик был награжден медалью Хьюза, которую предоставило ему Королевское общество. Кроме того, он также получил Нобелевскую премию по физике, но годами позже — в 1935 году. Он также был награжден медалями Копли и Франклина в 1950 и в 1951 году за высокие достижения в области физики.
Вторая мировая война и Манхэттенский проект
Еще до начала Второй мировой войны Чедвик уже был успешным деятелем в области ядерной физики. Его открытие нейтрона в 1932 году представило новые возможности для исследования атомного ядра. По мере роста напряженности на территории Европы в 1939 году, работа Чедвика приобретала огромную актуальность, особенно в контексте потенциального военного применения. Поэтому, американцы всячески пытались его завлечь в Манхэттенский проект.
Следует отметить, что пережив Первую мировую войну в изоляции в Германии, Чедвик до последнего не верил, что война начнется снова. Но, к сожалению, военного конфликта было не избежать.
Когда в 1941 году США вступили в войну, они признавая потенциальные выгоды от скоординированных усилий союзников. Поэтому, уже в 1943 году согласно Квебекскому соглашению был произведен обмен научной информацией и ресурсами между США и Великобританией. В частности, для реализации Манхэттенского проекта.
Опыт и знания Чедвика, которые он обрел за годы работы и исследований имели для США неоценимое значение для, особенно для реализации Манхэттенского проекта. Роль Чедвика в первую очередь заключалась в руководстве британской научной группой и участии в теоретической и экспериментальной работе, необходимой для создания успешного ядерного оружия.
Уже в 1945 году Манхэттенский проект достиг поворотного момента, в частности, благодаря знаниям и усилиям Чедвика. Тогда произошел успешный взрыв первой атомной бомбы в ходе испытания “Тринити”. Этот тест подтвердил теоретическую и экспериментальную работу, которую тщательно разработали Чедвик и его коллеги. Вскоре была сброшена атомная бомба на Японию, которая ознаменовала окончание Второй мировой войны.
После окончания Второй мировой войны Чедвик начал активно выступать за мирное использование ядерных технологий. Он глубоко осознавал разрушительный потенциал атомной бомбы и посвятил большую часть своей дальнейшей карьеры содействию ядерному разоружению и международному научному сотрудничеству. Он до конца своих дней был предан исследованиям в области физики.
Выдающийся ученый скончался в 1974 году, в возрасте 82 лет.