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James Chadwick

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Sir James Chadwick (20 de octubre de 1891 - 24 de julio de 1974) fue un físico experimental británico que recibió el Premio Nobel de Física en 1935 por su descubrimiento del neutrón . En 1941, redactó el borrador final del Informe MAUD , que impulsó al gobierno estadounidense a iniciar investigaciones serias sobre la bomba atómica . Dirigió el 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 nuclear .

Chadwick se graduó de la Universidad Victoria de Manchester en 1911, donde estudió con Ernest Rutherford (conocido como el "padre de la física nuclear"). [ 3 ] En Manchester, continuó estudiando con Rutherford hasta que obtuvo su maestría en 1913. Ese 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. Aún en Alemania cuando estalló la Primera Guerra Mundial en Europa, pasó los siguientes cuatro años en el campo de internamiento de Ruhleben .

Tras la guerra, Chadwick siguió a Rutherford al Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge , donde obtuvo su doctorado 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 que este 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 . Tras su descubrimiento del neutrón , Chadwick midió su masa . Anticipó que los neutrones se convertirían en un arma fundamental 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 modernizó un laboratorio obsoleto y, mediante la instalación de un ciclotrón , lo convirtió en un importante centro para el estudio de la física nuclear.

Primeros años y educación

James Chadwick nació el 20 de octubre de 1891 en Cheshire , Inglaterra, [ 4 ] [ 5 ] el primer hijo de John Joseph Chadwick, hilandero de algodón, y Anne Mary Knowles, empleada doméstica. Recibió el nombre de James en honor a su abuelo paterno. En 1895, sus padres se mudaron a Manchester , dejándolo al cuidado de sus abuelos maternos. Asistió a la escuela primaria Bollington Cross y le ofrecieron una beca para la Manchester Grammar School , que su familia tuvo que rechazar por no poder costear las pequeñas cuotas que aún debían pagarse. En su lugar, 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 fallecido en la infancia. A los 16 años, se presentó a dos exámenes para obtener becas universitarias y las ganó ambas. [ 6 ] [ 7 ]

Chadwick eligió asistir a la Universidad Victoria de Manchester , a la que ingresó en 1908. Su intención era estudiar matemáticas, pero se matriculó en física por error. Como la mayoría de los estudiantes, vivía en casa y caminaba diariamente los 6,4 km (4 millas) que separaban su residencia universitaria de la universidad. Al final de su primer año, recibió una beca Heginbottom para estudiar física. El departamento de física estaba dirigido por Ernest Rutherford , quien asignaba proyectos de investigación a los estudiantes de último año, y le encargó a Chadwick que ideara un método 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 onzas) de radio , una unidad de medida que posteriormente se conocería como el curie . El método propuesto por Rutherford era inviable —algo que Chadwick sabía, pero que temía confesarle—, así que Chadwick persistió y finalmente ideó el método necesario. Los resultados se convirtieron en el primer artículo de Chadwick, que, en coautoría con Rutherford, se publicó en 1912. [ 8 ] Se graduó con honores de primera clase en 1911. [ 9 ]  

Tras idear un método para medir la radiación gamma , Chadwick procedió a medir la absorción de rayos gamma por diversos gases y líquidos. En esta ocasión, el artículo resultante se publicó únicamente bajo su nombre. Obtuvo su maestría en ciencias en 1913 y fue nombrado becario Beyer. Ese mismo año, recibió una beca de la Exposición de 1851 , que le permitió estudiar e investigar en una universidad de Europa continental. Eligió ir al Instituto Tecnológico-Físico del Reich en Berlín para estudiar la radiación beta bajo la tutela de Hans Geiger . [ 10 ] Utilizando el contador Geiger , recientemente desarrollado por Geiger , que proporcionaba mayor precisión que las técnicas fotográficas anteriores, pudo demostrar que la radiación beta no producía líneas discretas , como se había pensado anteriormente, sino un espectro continuo con picos en ciertas regiones. [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] En una visita al laboratorio de Geiger, Albert Einstein le dijo a Chadwick: «Puedo explicar cualquiera de estas cosas, pero no puedo explicarlas ambas al mismo tiempo». [ 13 ] El espectro continuo seguiría siendo un fenómeno inexplicable durante muchos años . [ 15 ]

Chadwick aún se encontraba 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 instalar un laboratorio en los establos y realizar experimentos científicos utilizando materiales improvisados ​​como pasta de dientes radiactiva . [ 16 ] Con la ayuda de Charles Drummond Ellis , trabajó en la ionización del fósforo y la reacción fotoquímica del monóxido de carbono y el cloro . [ 17 ] [ 18 ] Fue liberado tras la entrada en vigor del armisticio con Alemania en noviembre de 1918 y regresó a la casa de sus padres en Manchester, donde redactó sus hallazgos de los cuatro años anteriores para los comisionados de la Exposición de 1851. [ 19 ]

Rutherford le ofreció a Chadwick un puesto de profesor a tiempo parcial en Manchester, lo que le permitió continuar con su investigación. [ 19 ] Estudió la carga nuclear del platino , la plata y el cobre , y experimentalmente comprobó que esta era la misma que el número atómico con un margen de error inferior al 1,5 por ciento. [ 20 ] En abril de 1919, Rutherford se convirtió en director del Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge , y Chadwick se unió a él unos meses después. Chadwick recibió una beca Clerk Maxwell en 1920 y se matriculó como estudiante de doctorado en el Gonville and Caius College de Cambridge . La primera parte de su tesis versó sobre su trabajo con números atómicos ; en la segunda, estudió las fuerzas dentro del núcleo . Obtuvo su título en junio de 1921, [ 21 ] y se convirtió en miembro del Gonville and Caius College en noviembre. [ 22 ]

Carrera e investigación

Cambridge

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 , gestionó que Chadwick se convirtiera en subdirector de investigación de Rutherford. En este cargo, ayudó a Rutherford a seleccionar a los estudiantes de doctorado . En los años siguientes, entre ellos figurarían John Cockcroft , Norman Feather y Mark Oliphant , quienes se convertirían en grandes amigos de Chadwick. Como muchos estudiantes no tenían claro qué querían investigar, Rutherford y Chadwick les sugerían temas. Él editaba todos los artículos producidos por el laboratorio. [ 23 ]

El edificio original del Laboratorio Cavendish fue sede de algunos de los grandes descubrimientos en física. Fue fundado en 1874 por el duque de Devonshire (cuyo apellido era Cavendish), y su primer profesor fue James Clerk Maxwell . Posteriormente, el Laboratorio se trasladó a West Cambridge . [ 24 ]

En 1925, Chadwick conoció a Aileen Stewart-Brown, hija de un corredor de bolsa de Liverpool. Se casaron en agosto de 1925, [ 23 ] siendo Kapitza el padrino. La pareja tuvo dos hijas gemelas, Joanna y Judith, nacidas en febrero de 1927. [ 25 ]

En su investigación, Chadwick continuó explorando el núcleo. En 1925, el concepto de espín había permitido a los físicos explicar el efecto Zeeman , pero también generó anomalías inexplicables. En aquel entonces se creía que el núcleo estaba compuesto de protones y electrones, por lo que se asumía 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 incorrecto. [ 26 ]

En una conferencia sobre partículas beta y rayos gamma celebrada en Cambridge en 1928, Chadwick se reencontró con Geiger. Geiger había traído consigo un nuevo modelo de su contador Geiger , que había sido mejorado por su alumno, Walther Müller . Chadwick no había utilizado uno desde la guerra, y el nuevo contador Geiger-Müller representaba una mejora significativa con respecto a las técnicas de centelleo que se utilizaban entonces en Cambridge, las cuales dependían de la observación a simple vista. El principal inconveniente era que detectaba radiación alfa , beta y gamma , y ​​el radio , que el Laboratorio Cavendish utilizaba habitualmente en sus experimentos, emitía las tres, por lo que no era adecuado para lo que Chadwick tenía en mente. Sin embargo, el polonio es un emisor alfa, y Lise Meitner le envió a Chadwick unos 2 milicurios (aproximadamente0,5  μg ) de Alemania. [ 27 ] [ 28 ]

Liverpool

Con el inicio de la Gran Depresión en el Reino Unido , el gobierno se volvió más austero con la financiación de la ciencia. Al mismo tiempo, el reciente invento de Lawrence, el ciclotrón , prometía revolucionar la física nuclear experimental, y Chadwick creía que el Laboratorio Cavendish se quedaría atrás si no adquiría uno. Por lo tanto, se sentía incómodo con Rutherford, quien se aferraba a la creencia de que aún se podía hacer buena física nuclear sin equipos grandes y costosos, y rechazó la solicitud de un ciclotrón. [ 29 ]

El edificio Victoria , de ladrillo rojo , en la Universidad de Liverpool .

Chadwick era un crítico de la ciencia a gran escala en general, y de Lawrence en particular, cuyo enfoque consideraba descuidado y centrado en la tecnología a expensas de la ciencia. Cuando Lawrence propuso 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 probablemente se debían a la contaminación del equipo. [ 30 ] Mientras Lawrence volvía a comprobar sus resultados en Berkeley y descubría que Chadwick tenía razón, Rutherford y Oliphant llevaron a cabo una investigación en el 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. [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]

En marzo de 1935, Chadwick recibió una oferta para ocupar la Cátedra Lyon Jones de Física en la Universidad de Liverpool , ciudad natal de su esposa, para suceder a Lionel Wilberforce . El laboratorio era tan anticuado que aún funcionaba con 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, anunciado en noviembre de 1935. [ 35 ] Su medalla se vendió en subasta en 2014 por 329 000 dólares. [ 36 ]

Chadwick se propuso adquirir un ciclotrón para Liverpool. Empezó gastando 700 libras esterlinas en la renovación de los anticuados laboratorios de Liverpool, para que algunos componentes pudieran fabricarse internamente. [ 37 ] Logró persuadir a la universidad para que aportara 2000 libras esterlinas y obtuvo una subvención de otras 2000 libras esterlinas de la Royal Society. [ 38 ] Para construir su ciclotrón, Chadwick contrató a dos jóvenes expertos, Bernard Kinsey y Harold Walke, que habían trabajado con Lawrence en la Universidad de California. Un fabricante local de cables 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. [ 39 ] El ciclotrón se instaló y puso en funcionamiento por completo en julio de 1939. El coste total de 5.184 libras esterlinas fue superior a lo que Chadwick había recibido de la universidad y la Royal Society, por lo que Chadwick pagó el resto con el dinero de su Premio Nobel de 159.917 coronas suecas (8.243 libras esterlinas). [ 40 ]

En Liverpool, las facultades de Medicina y Ciencias colaboraban estrechamente. Chadwick era automáticamente miembro del comité de ambas facultades, y en 1938 fue nombrado miembro de una comisión presidida por Lord Derby para investigar los procedimientos de tratamiento del cáncer en Liverpool. Chadwick preveía que los neutrones e isótopos radiactivos producidos con el ciclotrón de 37 pulgadas podrían utilizarse para estudiar procesos bioquímicos y convertirse en un arma en la lucha contra el cáncer. [ 41 ] [ 42 ]

Descubrimiento del neutrón

En Alemania, Walther Bothe y su alumno, Herbert Becker, habían utilizado polonio para bombardear berilio con partículas alfa, produciendo una forma inusual de radiación. Chadwick le pidió a su becario australiano de la Exposición de 1851, Hugh Webster, que replicara sus resultados. Para Chadwick, esto era evidencia de algo que él y Rutherford habían estado hipotetizando durante años: el neutrón , una partícula nuclear teórica sin carga eléctrica . [ 27 ] 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 la 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 solo necesitarían 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. [ 43 ]

El laboratorio de Sir Ernest Rutherford

Chadwick dejó todas sus demás responsabilidades para concentrarse en demostrar la existencia del neutrón, asistido por Feather [ 44 ] 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 blanco de berilio. La radiación resultante podía dirigirse a un material como la parafina. Las partículas desplazadas, que eran protones, entrarían en una pequeña cámara de ionización donde podían detectarse con un osciloscopio . [ 43 ] En febrero de 1932, después de solo unas dos semanas de experimentación con neutrones, [ 16 ] Chadwick envió una carta a Nature titulada "Posible existencia de un neutrón". [ 45 ] Comunicó sus hallazgos en detalle en un artículo enviado a Proceedings of the Royal Society A titulado "La existencia de un neutrón" en mayo. [ 46 ] [ 47 ] Su descubrimiento del neutrón fue un hito en la comprensión del núcleo. Tras leer el artículo de Chadwick, Robert Bacher y Edward Condon se dieron cuenta de que las anomalías de la teoría vigente en aquel momento, como el espín del nitrógeno, se resolverían si el neutrón tuviera un espín de 1/2 y si un núcleo de nitrógeno constara de siete protones y siete neutrones. [ 48 ] [ 49 ]

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. [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ] [ 53 ] Heisenberg demostró que el neutrón se describía mejor como una nueva partícula nuclear, [ 52 ] [ 53 ] 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 Da  . 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 parecía razonable, [ 54 ] aunque era difícil entender cómo una partícula con tan poca energía de enlace podía ser estable. [ 53 ] Sin embargo, estimar una diferencia de masa tan pequeña requería mediciones precisas y desafiantes, y se obtuvieron varios resultados contradictorios en 1933-1934. 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. [ 55 ] Luego, Maurice Goldhaber , un refugiado de la Alemania nazi y estudiante de posgrado en el Laboratorio Cavendish, sugirió a Chadwick que los deuterones podrían ser fotodesintegrados por los  rayos gamma de 2,6 MeV del 208 Tl (entonces conocido como torio C" ):

Un valor preciso para la masa del neutrón podría determinarse a partir de este proceso. Chadwick y Goldhaber lo intentaron y descubrieron que funcionaba. [ 56 ] [ 57 ] [ 58 ] Midieron la energía cinética del protón producido como 1,05 MeV, dejando la masa del neutrón como la 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. [ 59 ] [ 58 ] (El valor moderno aceptado para la masa del neutrón es1,008 66 Da  .) La masa del neutrón era demasiado grande para ser un par protón-electrón. [ 59 ]

Por su descubrimiento del neutrón, Chadwick recibió la Medalla Hughes en 1932, el Premio Nobel de Física en 1935, la Medalla Copley en 1950 y la Medalla Franklin en 1951. [ 7 ] Su descubrimiento del neutrón hizo posible producir en el laboratorio elementos más pesados ​​que el uranio 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 producidas por colisiones de núcleos con neutrones lentos, trabajo por el que Fermi recibiría el Premio Nobel en 1938. [ 60 ]

Wolfgang Pauli propuso otro tipo de partícula el 4 de diciembre de 1930 para explicar el espectro continuo de radiación beta que Chadwick había reportado en 1914. Dado que no se podía explicar toda la energía de la radiación beta, la ley de conservación de la energía parecía violarse, pero Pauli argumentó que esto podría corregirse si intervenía otra partícula aún no descubierta. [ 61 ] Pauli también llamó a esta partícula neutrón, pero claramente no era la misma partícula que el neutrón de Chadwick. Fermi la renombró neutrino (en italiano, "pequeño neutrón"). [ 62 ] 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. [ 63 ] [ 64 ] 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. [ 65 ] [ 66 ] Frederick Reines y Clyde Cowan confirmarían el neutrino el 14 de junio de 1956 al colocar un detector dentro de un gran flujo de antineutrinos proveniente de un reactor nuclear cercano. [ 67 ]

Segunda Guerra Mundial

Aleaciones de tubos y el informe MAUD

Durante la Segunda Guerra Mundial, Chadwick llevó a cabo investigaciones como parte del proyecto Tube Alloys para construir una bomba atómica, mientras su laboratorio en Manchester y sus alrededores eran hostigados 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, D.C. 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 la lista de honores de Año Nuevo el 1 de enero de 1945. En julio de 1945, presenció la prueba nuclear Trinity . Posteriormente, se desempeñó como asesor científico británico de la Comisión de Energía Atómica de las Naciones Unidas . Incomodado por la tendencia hacia la "Gran Ciencia" , regresó a Cambridge, donde se convirtió en director del Gonville and Caius College en 1948.

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, el proceso solo había producido elementos iguales o más pesados. En enero de 1939, Meitner y su sobrino Otto Frisch asombraron a la comunidad científica con un artículo que explicaba este resultado. [ 68 ] Plantearon la teoría de que los átomos de uranio bombardeados con neutrones pueden dividirse en dos fragmentos aproximadamente iguales, un proceso que denominaron fisión . Calcularon que esto resultaría en la liberación de unos 200 MeV , lo que implica una liberación de energía órdenes de magnitud mayor que la de las reacciones químicas, [ 69 ] y Frisch confirmó su teoría experimentalmente. [ 70 ] Hahn pronto observó que si se liberaban neutrones durante la fisión, entonces era posible una reacción en cadena. [ 71 ] Los científicos franceses Pierre Joliot , Hans von Halban y Lew Kowarski pronto verificaron que, efectivamente, se emitía más de un neutrón por fisión. [ 72 ] En un artículo escrito en coautoría con el físico estadounidense John Wheeler , Bohr teorizó que la fisión era más probable que ocurriera en el isótopo uranio-235 , que constituía solo el 0,7 por ciento del uranio natural. [ 73 ] [ 74 ]

Destacados físicos británicos. De izquierda a derecha: William Penney , Otto Robert Frisch , Rudolf Peierls y John Cockcroft . Llevan la Medalla de la Libertad estadounidense .

Chadwick no creía que hubiera ninguna posibilidad de otra guerra con Alemania en 1939, y 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 un shock. 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 carguero . Cuando llegó a Liverpool, Chadwick descubrió que Joseph Rotblat , un becario postdoctoral polaco que había venido a trabajar con el ciclotrón, se encontraba ahora en la indigencia, ya que se le habían cortado los fondos de Polonia. Chadwick contrató rápidamente a Rotblat como profesor, a pesar de su escaso dominio del inglés. [ 75 ]

En octubre de 1939, Chadwick recibió una carta de Edward Appleton , secretario del Departamento de Investigación Científica e Industrial , en la que le solicitaba su opinión sobre la viabilidad de una bomba atómica . Chadwick respondió con cautela. No descartó la posibilidad, pero analizó cuidadosamente las numerosas dificultades teóricas y prácticas que implicaba. Chadwick decidió investigar más a fondo las propiedades del óxido de uranio con Rotblat. [ 76 ] En marzo de 1940, Otto Frisch y Rudolf Peierls, de la Universidad de Birmingham, reexaminaron las cuestiones teóricas en un documento que se conoció como el memorándum Frisch-Peierls . En lugar de estudiar el óxido de uranio no enriquecido, consideraron qué ocurriría con una esfera de uranio-235 puro y descubrieron que no solo podía producirse una reacción en cadena, sino que podría requerir tan solo 1 kilogramo (2,2 lb) de uranio-235 y liberar la energía de toneladas de dinamita. [ 77 ] 

Parte de Liverpool devastada por los bombardeos de la Segunda Guerra Mundial .

Se creó un subcomité especial del Comité para el Estudio Científico de la Guerra Aérea (CSSAW), conocido como el Comité MAUD , para investigar más a fondo el asunto. Estaba presidido por George Paget Thomson , y entre sus miembros originales se encontraban Chadwick, junto con Mark Oliphant, John Cockcroft y Philip Moon . [ 78 ] Mientras otros equipos investigaban técnicas de enriquecimiento de uranio , el equipo de Chadwick en Liverpool se concentró en determinar la sección transversal nuclear del uranio-235. [ 79 ] En abril de 1941, se había confirmado experimentalmente que la masa crítica del uranio-235 podría ser de 8 kilogramos (18 lb) o menos. [ 80 ] Su investigación sobre estos temas se vio complicada por los bombardeos casi incesantes de la Luftwaffe sobre los alrededores de su laboratorio en Liverpool; las ventanas se rompían con tanta frecuencia que tuvieron que ser reemplazadas por cartón. [ 81 ] 

En julio de 1941, Chadwick fue elegido para redactar el borrador final del Informe MAUD, que, cuando Vannevar Bush lo presentó al presidente Franklin D. Roosevelt en octubre de 1941, inspiró al gobierno estadounidense a invertir millones de dólares en la búsqueda de una bomba atómica. [ 82 ] Cuando George B. Pegram y Harold Urey visitaron Gran Bretaña para ver cómo iba el proyecto, [ 83 ] ahora conocido como Tube Alloys , [ 84 ] Chadwick pudo decirles: «Ojalá pudiera decirles que la bomba no va a funcionar, pero estoy 90 por ciento seguro de que sí lo hará». [ 83 ]

En un libro reciente sobre el proyecto de la bomba atómica, Graham Farmelo escribió que «Chadwick hizo más que ningún otro científico para darle la bomba a Churchill.  ... Chadwick fue puesto a prueba casi hasta el límite». [ 85 ] Tan preocupado estaba que no podía dormir, por lo que recurrió a las pastillas para dormir, que siguió tomando durante la mayor parte de sus últimos años. Chadwick dijo más tarde que se dio cuenta de que «una bomba nuclear no solo era posible, sino inevitable. Tarde o temprano, estas ideas no podían ser exclusivas nuestras. Todo el mundo pensaría en ellas en poco tiempo, y algún país las pondría en práctica». [ 86 ] Sir Hermann Bondi sugirió que fue una suerte que Chadwick, y no Rutherford, fuera el decano de la física británica en aquel momento, ya que el prestigio de este último podría haber eclipsado el interés de Chadwick por «mirar hacia adelante» las perspectivas de la bomba. [ 87 ]

Proyecto Manhattan

Mackenzie King , Franklin D. Roosevelt y Winston Churchill en la primera Conferencia de Quebec , 1943.

Debido al peligro de los bombardeos aéreos, los Chadwick enviaron a sus gemelos a Canadá como parte de un plan de evacuación del gobierno . [ 88 ] Chadwick se mostró reacio a trasladar Tube Alloys allí, pues creía que el Reino Unido era una mejor ubicación para la planta de separación de isótopos. [ 89 ] La enorme magnitud del esfuerzo se hizo más evidente en 1942: incluso una planta piloto de separación costaría más de un millón de libras esterlinas y pondría a prueba los recursos de Gran Bretaña, por no hablar de una planta a gran escala, cuyo costo se estimaba en alrededor de 25 millones de libras esterlinas. Tendría que construirse en Estados Unidos. [ 90 ] Al mismo tiempo que los británicos se convencieron de la necesidad de un proyecto conjunto, el progreso del Proyecto Manhattan estadounidense era tal que la cooperación británica parecía menos esencial, aunque los estadounidenses seguían deseosos de aprovechar el talento de Chadwick. [ 91 ]

The matter of cooperation had to be taken up at the highest level. In September 1943, Prime Minister Winston Churchill and President Roosevelt negotiated the Quebec Agreement, which reinstated cooperation between Britain, the United States, and Canada. Chadwick, Oliphant, Peierls and Simon were summoned to the United States by the director of Tube Alloys, Sir Wallace Akers, to work with the Manhattan Project. The Quebec Agreement established a new Combined Policy Committee to direct the joint project. The Americans disliked Akers, so Chadwick was appointed technical advisor to the Combined Policy Committee, and the head of the British Mission.[92]

Leaving Rotblat in charge in Liverpool, Chadwick began a tour of the Manhattan Project facilities in November 1943, except for the Hanford Site where plutonium was produced, which he was not allowed to see. He became the only man, apart from Groves and his second in command, to have access to all the American research and production facilities for the uranium bomb. Observing the work on the K-25gaseous diffusion facility at Oak Ridge, Tennessee, Chadwick realised how wrong he had been about building the plant in wartime Britain. The enormous structure could never have been concealed from the Luftwaffe.[93] In early 1944, he moved to Los Alamos, New Mexico, with his wife and their twins, who now spoke with Canadian accents.[94] For security reasons, he was given the cover name of James Chaffee.[95]

Chadwick (left) with Major GeneralLeslie R. Groves, Jr., the director of the Manhattan Project.

Chadwick aceptó que los estadounidenses no necesitaban ayuda británica, pero que esta aún podría ser útil para llevar el proyecto a una conclusión temprana y exitosa. Trabajando estrechamente con el director del Proyecto Manhattan, el general de división Leslie R. Groves, Jr. , intentó hacer todo lo posible para apoyar el esfuerzo. [ 96 ] También se esforzó por incorporar científicos británicos en tantas áreas del proyecto como fuera posible para facilitar un proyecto británico de armas nucleares de posguerra al que Chadwick estaba comprometido. Las solicitudes de Groves a través de Chadwick para científicos específicos solían ser rechazadas de inmediato por la empresa, el ministerio o la universidad que los empleaba, solo para ser superadas por la prioridad absoluta otorgada a Tube Alloys. [ 97 ] Como resultado, el equipo británico fue fundamental para el éxito del Proyecto. [ 98 ]

Aunque tenía más conocimiento del proyecto que cualquier otra persona de Gran Bretaña, [ 99 ] Chadwick no tenía acceso al sitio de Hanford. A Lord Portal se le ofreció una visita a Hanford en 1946. "Esta era la única planta a la que a Chadwick se le había negado el acceso 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'". [ 100 ] Por sus esfuerzos, Chadwick recibió el título de caballero en los Honores de Año Nuevo el 1 de enero de 1945. [ 101 ] Consideró que esto era un reconocimiento al trabajo de todo el proyecto Tube Alloys. [ 102 ]

A principios de 1945, Chadwick pasaba la mayor parte del tiempo en Washington, D.C., y su familia se mudó de Los Alamos a una casa en Dupont Circle, en Washington, en abril de 1945. [ 102 ] 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 consentimiento de Gran Bretaña para usar la bomba atómica contra Japón, [ 103 ] y en la prueba nuclear Trinity el 16 de julio, cuando se detonó la primera bomba atómica. [ 104 ] Dentro de su foso había un iniciador de neutrones modulado de polonio-berilio , un desarrollo de la técnica que Chadwick había utilizado para descubrir el neutrón más de una década antes. [ 105 ] William L. Laurence , reportero de The New York Times adscrito al Proyecto Manhattan, escribió que «nunca antes en la historia un hombre había vivido para ver su propio descubrimiento materializarse con un efecto tan significativo en el destino de la humanidad». [ 106 ]

Vida adulta

Poco después de finalizar la guerra, Chadwick fue nombrado miembro del Comité Asesor de Energía Atómica (CAEA). También fue designado asesor científico británico de la Comisión de Energía Atómica de las Naciones Unidas . Tuvo discrepancias con su compañero del CAEA, Patrick Blackett , quien no compartía la convicción de Chadwick de que Gran Bretaña debía adquirir sus propias armas nucleares; sin embargo, finalmente se adoptó la postura de Chadwick. Regresó a Gran Bretaña en 1946 y encontró un país aún asolado por el racionamiento y la escasez propios de la guerra. [ 107 ]

En ese momento, Sir James Mountford, vicerrector de la Universidad de Liverpool , escribió en su diario: «Nunca había visto a un hombre "tan física, mental y espiritualmente cansado" como Chadwick, pues "había explorado profundidades de decisión moral a las que los hombres más afortunados jamás se ven obligados a asomarse  ... [y sufría]  ... agonías casi insoportables de responsabilidad derivadas de su trabajo científico"». [ 108 ]

En septiembre de 1949, Edward Teller se encontraba en Inglaterra para hablar sobre energía nuclear y seguridad, y cenaba con Sir James Chadwick y su esposa en su casa de Cambridge. Su esposa era una encantadora conversadora, pero Sir James era (como de costumbre) taciturno. Cuando Teller hizo un comentario poco halagador sobre Groves, se volvió muy hablador, diciendo que el proyecto nunca habría tenido éxito sin Groves, al tiempo que reconocía su aversión hacia los británicos. [ 109 ]

En 1948, Chadwick aceptó una oferta para convertirse en director del Gonville and Caius College de Cambridge . El puesto era prestigioso pero poco definido; el director era el jefe nominal del colegio, pero la autoridad residía en realidad en un consejo de 13 miembros, de los cuales uno era el director. Como director, Chadwick se esforzó por mejorar la reputación académica del colegio. Aumentó el número de becas de investigación de 31 a 49 y buscó atraer talento al colegio. [ 110 ] Esto implicó decisiones controvertidas, como la contratación en 1951 del bioquímico chino Tien-chin Tsao [ 111 ] y del economista de origen húngaro Peter Bauer . En lo que se conoció como la Revuelta Campesina, los miembros liderados por Patrick Hadley votaron para expulsar del consejo a un viejo amigo de Chadwick y lo reemplazaron con Bauer. Más amigos de Chadwick fueron apartados en los años siguientes, y él se jubiló en noviembre de 1958. Fue durante su gestión que Francis Crick , estudiante de doctorado en el Gonville and Caius College, Rosalind Franklin y James Watson descubrieron la estructura del ADN . [ 110 ]

En la década de 1970, Chadwick se volvió más débil y rara vez salía de su apartamento, aunque viajó a Liverpool para celebrar su octogésimo cumpleaños. Ateo de toda la vida , no vio razón alguna para adoptar la fe religiosa en su vejez. Murió mientras dormía el 24 de julio de 1974 en Cambridge , a la edad de 82 años . [ 112 ]

Reconocimiento

Membresías

Premios

Caballería

Conmemoración

Notas

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Referencias

Lecturas adicionales

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