Сэр Джеймс Чедвик (фото размещено в статье) – английский физик, лауреат Нобелевской премии, получивший известность после открытия нейтрона. Это в корне изменило физику того времени и позволило ученым создавать новые элементы, а также привело к открытию расщепления ядра и его использованию в военных и мирных целях. Чедвик входил в группу британских ученых, которые во время Второй мировой войны помогали США разрабатывать атомную бомбу.
Джеймс Чедвик: краткая биография
Чедвик родился в Боллингтоне, Чешир, Англия 20 октября 1891 года, в семье Джона Джозефа и Энн Мэри Ноулз. Учился в местной начальной и манчестерской муниципальной средней школах. В шестнадцать получил стипендию Университета Манчестера. Джеймс намеревался изучать математику, но по ошибке посещал ознакомительные лекции по физике и поступил на эту специальность. Поначалу у него были опасения по поводу своего решения, но после первого года обучения он нашел курс более интересным. Чедвик был зачислен в класс Эрнеста Резерфорда, где он изучал электричество и магнетизм, а позже преподаватель назначил Джеймсу исследовательский проект по радиоактивному элементу радию.
Ранние исследования
Джеймс Чедвик окончил университет в 1911 году и продолжал работать у Резерфорда над поглощением гамма-излучения, получив степень магистра в 1913 г. Научный руководитель способствовал назначению ему научно-исследовательской стипендии, потребовавшей работы в другом месте. Он решил учиться в Берлине у Ганса Гейгера, посетившего Манчестер в то время, когда Джеймс получал степень магистра. В этот период Чедвик установил существование непрерывного спектра бета-излучения, что обескуражило исследователей и привело к открытию нейтрино.
Путевка в лагерь
Незадолго до Первой мировой войны, когда военные действия стали неотвратимы, Гейгер предупредил Чедвика, чтобы тот вернулся в Англию как можно скорее. Джеймс был сбит с толку советами туристической компании и до конца войны пребывал в немецком лагере для военнопленных. За пять лет своего заключения Чедвику удалось договориться с охранниками и провести элементарные исследования флуоресценции.
Работа в Кавендишской лаборатории
Джеймс Чедвик, биография которого в физике имела все шансы завершиться в 1918 году, благодаря усилиям Резерфорда вновь вернулся в науку и подтвердил, что заряд ядра был равен атомному номеру. В 1921 году он был награжден научно-исследовательской стажировкой в кембриджском колледже Гонвилла и Киза, а в следующем году стал помощником Резерфорда в Кавендишской лаборатории.
Работая каждый день, он все же нашел время для проведения исследований, направление которых в целом было предложено Резерфордом. Чедвик и его товарищ по заключению Чарльз Д. Эллис затем продолжили обучение в Тринити-колледже и у Резерфорда, исследуя трансмутации элементов при бомбардировке альфа-частицами (ядрами гелия). Исследовательская группа в Вене сообщила о результатах, которые не согласовывались с данными, полученными Кавендишской лабораторией, правильность которых была умело защищена дальнейшими экспериментами Чедвика и его коллег.
В 1925 году Джеймс женился на Эйлин Стюарт-Браун. У пары родились дочери-близнецы.
В середине 1920 годов Джеймс Чедвик проводил эксперименты по рассеянию альфа-частиц, выстреливаемых в мишени из металлов, в том числе золота и урана, а затем самого гелия, ядро которого имеет одинаковую массу с альфа-частицами. Рассеяние оказалось асимметричным, и Чедвик объяснил это в 1930 году как квантовое явление.
Открытие нейтрона
Еще в 1920 г. Резерфорд предположил существование электрически нейтральной частицы, названной нейтроном, чтобы объяснить существование изотопов водорода. Полагали, что эта частица состояла из электрона и протона, но эмиссия такой композиции не была обнаружена.
В 1930 году было установлено, что при бомбардировке легких ядер альфа-лучами, испускаемыми полонием, возникало проникающее излучение без электрического заряда. Предполагалось, что это гамма-лучи. Однако при использовании бериллиевой мишени лучи оказались во много раз более проникающими, чем при использовании других материалов. В 1931 году Чедвик и его коллега Уэбстер предположили, что нейтральные лучи на самом деле свидетельствовали о существовании нейтрона.
В 1932 году супружеская пара исследователей Ирен Кюри и Фредерика Жолио показала, что излучение бериллия было более проникающим, чем сообщалось предыдущими исследователями, но они также называли его гамма-лучами. Джеймс Чедвик прочитал доклад и сразу же приступил к работе по расчету массы нейтральной частицы, которая бы могла объяснить последние результаты. Он использовал излучение бериллия для бомбардировки различных элементов и установил, что результаты согласуются с воздействием нейтральной частицы с массой, почти идентичной массе протона. Это стало экспериментальным подтверждением существования нейтрона. В 1925 году за это достижение Чедвик получил Нобелевскую премию по физике.
От нейтрона к ядерной реакции
Нейтрон быстро стал инструментом физиков, использовавших его для проникновения в атомы элементов и их преобразования, так положительно заряженные ядра его не отталкивали. Таким образом, Чедвик подготовил путь к делению урана-235 и созданию ядерного оружия. В 1932-м за это важное открытие его наградили медалью Хьюза и в 1935-м Нобелевской премией. Потом он узнал, что Ганс Фалькенхаген открыл нейтрон одновременно с ним, но побоялся напечатать свои результаты. Немецкий ученый скромно отказался от предложения разделить Нобелевскую премию, которое сделал ему Джеймс Чедвик.
Открытие нейтрона позволило создавать трансурановые элементы в лабораториях. Это послужило толчком к открытию лауреатом Нобелевской премии Энрико Ферми ядерных реакций, вызываемых замедленными нейтронами, и обнаружению немецкими химиками Отто Ганом и Штрассманом деления ядер, что имело следствием создание ядерного оружия.
Работа над атомной бомбой
В 1935 г. Джеймс Чедвик стал профессором физики в Ливерпульском университете. По итогам меморандума Фриша-Пайерлса 1940 года о целесообразности создания ядерной бомбы он был назначен в комитет MAUD, исследовавший этот вопрос более подробно. В 1940 г. он посетил Северную Америку с миссией Тизарда, чтобы наладить сотрудничество в проведении ядерных исследований. После возвращения в Великобританию он решил, что ничего не получится, пока война не закончится.
В декабре того же года Фрэнсис Саймон, который работал в MAUD, нашел возможность отделить изотоп урана-235. В своем докладе он изложил оценку стоимости и техническую спецификацию на создание крупного предприятия для обогащения урана. Позже Чедвик писал, что только тогда он осознал, что ядерная бомба была не только возможной, но и неизбежной. С этого момента ему пришлось начать принимать снотворное. Джеймс и его группа в целом поддержали бомбу из U-235 и одобрили его выделение путем диффузии из изотопа U-238.
Итог жизни
Вскоре он отправился в Лос-Аламос, в штаб-квартиру Манхэттенского проекта, и наряду с Нильсом Бором давал ценные советы разработчикам атомных бомб, сброшенных на Хиросиму и Нагасаки. Чедвик Джеймс, открытия которого кардинально изменили ход человеческой истории, в 1945 г. был посвящен в рыцари.
По окончании Второй мировой он вернулся на свой пост в Ливерпуле. Чедвик ушел в отставку в 1958 году. Проведя десять лет в Северном Уэльсе, он вернулся в Кембридж в 1969 году, где умер 24 июля 1974 года.
