James Chadwick: biografía y teoría atómica

Vida temprana

Antes de comenzar su ilustre carrera científica, James Chadwickvino de orígenes muy humildes. Nació como hijo de un hilandero de algodón y una empleada doméstica en Bollington, Inglaterra en 1891. Era un excelente estudiante y tenía ofertas para asistir a prestigiosas escuelas privadas en el área, sin embargo, sus padres (y abuelos, quienes eran sus principales cuidadores) no podía pagar la matrícula. Afortunadamente, cuando llegaron sus años universitarios, Chadwick pudo aprobar varios exámenes de becas que le brindaron la oportunidad de asistir a la Universidad Victoria de Manchester. Su familia no tenía dinero para que él viviera en la vivienda de la universidad, por lo que caminaba varias millas hasta la escuela y regresaba todos los días. En la forma clásica de científico distraído, descubrió la física puramente por error, ya que se inscribió accidentalmente en los cursos de física asumiendo que eran cursos de matemáticas.Ernest Rutherford era miembro de la facultad de Victoria y Rutherford vio mucho potencial en él. Antes de graduarse, Chadwick y Rutherford fueron coautores de un estudio sobre energía radiactiva, que finalmente les permitió medir la radiación gamma.

James Chadwick, durante sus años en Los Alamos trabajando en el Proyecto Manhattan.

Escuela de posgrado y Primera Guerra Mundial

Chadwick continuó su investigación sobre radiación como estudiante de posgrado, esta vez investigando la absorción de radiación gamma por varios materiales. De nuevo pudo continuar su educación de posgrado a través de sus esfuerzos para ganar una beca, esta vez recibió la oportunidad de estudiar en Berlín con Hans Geiger (y ocasionalmente con Albert Einstein), quien era uno de los principales expertos en radiación del mundo en ese momento. Fue durante su tiempo con Geiger que comenzó la Primera Guerra Mundial, y como Chadwick era inglés, fue internado en un campo de internamiento. Milagrosamente pudo realizar algunas investigaciones científicas allí, principalmente sobre la ionización del fósforo, que pudo extraer de la pasta de dientes. Al final de la guerra, fue liberado y regresó a Inglaterra para trabajar nuevamente con Rutherford. esta vez en su nuevo Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge. Fue durante este tiempo en Cambridge que Chadwick obtuvo su Ph.D. por su trabajo sobre cálculos de números atómicos y fuerzas nucleares. Al graduarse, se convirtió oficialmente en asistente de investigación de Rutherford. Durante su tiempo en Cavendish, se casó con Aileen Stewart-Brown, con quien tendría dos hijas.

Neutrones y el premio Nobel

Como parte de su investigación sobre radiación y números atómicos, Chadwick analizaba con frecuencia la estructura y composición del núcleo. Gran parte de su investigación condujo a resultados claros; sin embargo, el concepto recién descubierto del espín del electrón nubló las cosas considerablemente. Chadwick comenzó a notar que había muchos elementos en los que el núcleo parecía contener la cantidad adecuada de protones y electrones (y por lo tanto la masa y carga adecuadas), pero su giro general no era consistente con las predicciones del efecto Zeeman. Después de mucha experimentación usando el contador Geiger más nuevo y las muestras de polonio, Chadwick finalmente pudo concluir que había un nuevo tipo de partícula nuclear, una que tenía una masa detectable pero sin carga, que ayudaría a explicar las diferencias en el espín de los electrones y rectificar las anomalías anteriores relacionadas con el efecto Zeeman. Frederic e Irene Curie estaban realizando una investigación al mismo tiempo sobre la radiación gamma, y ​​durante sus experimentos habían descubierto involuntariamente una partícula que parecía tener propiedades similares a la partícula neutra propuesta por Chadwick. Chadwick tomó la investigación de Curie y se obsesionó con tratar de aislar la partícula neutra. Después de solo unos cuatro meses de experimentación, publicó sus hallazgos que demostraron de manera concluyente la existencia de una partícula neutra, laneutrón . Su trabajo no solo cambió nuestra interpretación del núcleo como un todo, sino que también ayudó a rectificar numerosos problemas que otros científicos habían tenido con errores en los espines de electrones predichos. Una investigación posterior de Chadwick determinó el neutrón y, al hacerlo, demostró que el neutrón es una partícula independiente y no un par protón-electrón porque la masa de un neutrón individual no era igual a la masa de un protón más la masa de un neutrón. Recibiría el Premio Nobel de 1935 por su trabajo en descubrimientos relacionados con los neutrones, así como la Medalla Hughes, la Medalla Copley y la Medalla Franklin.

Segunda Guerra Mundial

La existencia del neutrón cambió fundamentalmente la forma en que los físicos atómicos veían el núcleo y su potencial como fuente de energía. Enrico Fermi, considerado en gran medida uno de los padres fundadores de las armas atómicas, estaba particularmente interesado en el descubrimiento. Justo antes de los albores de la Segunda Guerra Mundial, varios científicos alemanes habían estado trabajando en el bombardeo de uranio con neutrones y notaron que se producían elementos más pesados ​​en el proceso. Esto sugirió que la división podría ocurrir dentro de un átomo, y el trabajo adicional de Lise Meitner y Otto Frisch demostró la existencia de este proceso de división, conocido como fisión.. Creían que se liberarían grandes cantidades de energía durante las reacciones de fisión y pudieron probarlo experimentalmente. Muchos científicos comenzaron a especular sobre qué elementos producirían la mayor cantidad de energía a través del proceso de fisión. El uranio-235 fue la opción más popular. Después de su experiencia en un campo de internamiento durante la Primera Guerra Mundial, Chadwick no tenía intención de pasar otra guerra encarcelado. Al comienzo de la guerra, el gobierno británico solicitó su opinión sobre la posibilidad de desarrollar armas atómicas. Sabía que habría muchos desafíos, a pesar del trabajo reciente de Meitner y Frisch, pero mantuvo la mente abierta. Trabajó para los gobiernos británico y estadounidense en la investigación de la bomba atómica y, junto con Fermi, es considerado en gran medida como uno de los padres de la bomba atómica debido a su trabajo con el Proyecto Manhattan.

James Chadwick con el mayor general Leslie Groves en Los Alamos discutiendo el progreso del Proyecto Manhattan.

Resumen

James Chadwick contribuyó en gran medida a nuestra comprensión del núcleo al descubrir el neutrón, la última de las tres partículas subatómicas fundamentales en identificarse. Basándose en sus primeros estudios de radiación, pudo determinar la identidad del neutrón y la masa del neutrón. También jugó un papel decisivo en el Proyecto Manhattan, ya que sus estudios previos de neutrones se superpusieron con el estudio de la fisión nuclear.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador