James Chadwick Kimdir?

Tanım

James Chadwick, 1932 yılında nötronu keşfetti ve 1935 yılında Nobel Fizik Ödülü’nü kazandı.

1. Dünya Savaşı sırasında bir Alman kampında tutulan Chadwick, İngiltere ve Kanada’nın 2. Dünya Savaşı esnasında ilk nükleer bombayı oluşturma çalışmalarını desteklediği Manhattan Projesi’nde İngiliz ekibine liderlik etti.

Erken Yaşam ve Eğitim

James Chadwick 20 Ekim 1891 tarihinde Birleşik Krallık, İngiltere’de küçük bir kasaba olan Bollington’da dünyaya geldi.

Ebeveynleri bir demiryolu depocusu olan Joseph ve bir hizmetçi olan Anne idi. James, 11 yaşındayken prestijli bir okul olan Manchester Gramer Okulu’na girme hakkı kazandı. Ne yazık ki ailesi bu mütevazi okul ücretlerini karşılamak için yeterli maddi güce sahip değildi. James Chadwick bunun yerine Erkekler için Manchester Central Gramer Okulu’nda eğitim aldı. Matematik ve fizik en sevdiği derslerdi. 16 yaşındayken Manchester Victoria Üniversitesi’nden burs kazandı.

James, matematik çalışmayı hedefliyordu ancak kendisinin fizik çaşışmak istediğini varsayan bir fizikçi ile röportaj yapmıştı. Chadwick onunla çelişemeyecek kadar utangaçtı ve böylece en sonunda fizik ana dalına kaydoldu.

Üniversite Yılları

Chadwick 1908 yılında 17 yaşındayken üniversiteye başladı. 19 yaşına geldiğinde fizik lisansının son yılıydı ve Ernest Rutherford’un laboratuvarında bir araştırma projesinde çalışmaya başlamıştı. Rutherford ise Chadwick’in üniversiteye başladığı yıl, elementlerin parçalanması  ve radyoaktif maddelerin kimyası üzerine yaptığı incelemelerle Nobel Kimya Ödülü kazanmıştı.

Chadwick projesini başarıyla tamamladı ve 1911 yılında fizik bölümünden birinci sınıf onurla mezun oldu. Bu 3 yıllık süreç maddi olarak çok zorlu geçmişti, çok az parası olduğundan öğle yemeği yiyemezdi. Mezun olduktan sonra, Chadwick, 1912 yılında 21 yaşındayken fizik yüksek lisansı kazanana kadar Rutherford’un laboratuvarında çalıştı.

Burs kazanması,  James’i Almanya’nın başkenti Berlin’e Hans Geiger’in laboratuvarında çalışmaya itti. Geiger’in alanı da Rutherford gibi radyoaktiviteydi – radyasyon seviyesini tespit etmeye yarayan Geiger sayacını icat etmişti.

1914 yılında 1. Dünya Savaşı başladığında, Chadwick ne yazık ki Berlin’deydi ve 1918’de savaş sona erene kadar Berlin’in batısındaki bir kampta tutuldu.

Chadwick, 1919 yılında 28 yaşındayken, doktora için Ernest Rutherford ile yeniden çalışmaya başladı. Rutherford o dönemde Cambridge Üniversitesi’nin ilk profesörü James Clerk Maxwell olan prestijli laboratuvarı Cavendish Laboratuvarı’ndan sorumluydu.

Chadwick 1921 yılında atom numaraları ve nükleer kuvvetlere ilişkin teziyle doktora kazandı.

James Chadwick, Çekirdek ve Nötron

Chadwick 1923 yılında 32 yaşındayken Cavendish Laboratuvarı’nda Rutherford’un araştırma müdür yardımcısı oldu ve atom çekirdeği üzerine çalışmaya devam etti.

O dönemde, çoğu araştırmacı çekirdeğin içinde olduğu gibi dışında da nötronlar olduğuna inanıyordu. Örneğin, karbon atomu çekirdeğinin 12 proton ve 6 elektron barındırdığını, bunun +6 yüke takbül ettiği düşünülüyordu. Çekirdeğin, etrafında dönen 6 elektron tarafından çevrelenmiş olmasının toplam elektrik yükünün 0 olmasını gerektiriyordu.

Rutherford, Chadwick ve başkaları, çekirdeğin içinde yüksüz parçacıkların bulunmasının mümkün olduğuna inanıyorlardı.

Chadwick 1920’lerde, boş zamanlarında laboratuvarda çeşitli girişimlerde bulunarak bu yüksüz parçacıklara ulaşmayı denedi, ancak başarılı olamadı. Yine de, bu nötr parçacığın, nötronun, varlığına ikna olmuştu. Ancak varlığını kanıtlamak için ihtiyaç duyduğu kanıtı elde edemedi.

Gama ışınının kaynağı radyoaktif bir element olan polonyumdu. Chadwick, protonların aslında aradığı parçacık tarafından vurulduğu sonucunu çıkardı: nötron.

Chadwick, Cvendish Laboratuvarı’nda hararetli bir şekilde çalışmaya başlamıştı. Polonyumu nötronların kaynağı (buna inanııyordu) olarak kullanarak balmumunu bombaladı. Protonlar balmumu tarafından serbest bırakıldı ve Chadwick böylece protonların davranışı hakkında ölçümler yaptı.

Protonlar, protonlara yakın kütledeki, elektriksel olarak nötr parçacıklar tarafından vurulduklarında tam olarak olması gerektiği gibi davranıyorlardı. Chadwick nötronu keşfetmişti.

İki hafta içinde keşfini prestijli bir bilim bülteni olan Nature’da “Nötronun Muhtemel Varlığı” adıyla duyurdu.

Chadwick yeni bir temel parçacık keşfettiğini düşünmüyordu. Nötronun proton ve elektrondan oluşan kompleks bir parçacık olduğuna inanıyordu. Alman fizikçi Werner Heisenberg nötronun elektron-proton çifti olamayacağını ve gerçek anlamda temel bir parçacık olduğunu gösterdi.

James Chadwixk 1935 yılında nötronu keşfetmesi sayesinde Nobel Fizik Ödülü kazandı.

Peki Juliot-Curie ne haber? Eğer sonuçları doğru yorumlayabilselerdi, nötronu kendi kendilerine keşfedebilirlerdi. Aslında, Frederic ve Irene Joliot-Curie 1935 yılında, yeni, sentetik ve radyoaktif elemenltler oluşturmaları sayesinde Nobel Kimya Ödülü almışlardı.

Rutherford’un, bir proton ile bir elektronun yakın birleşiminden oluşan nötr bir parçacığın var olabileceğine dair önerisinden daha önce bahsetmiştim ve nötronun bu denli karmaşık bir parçacık olabileceğini varsaymak ilk başta doğaldı. Öte yandan bu tür bir yapı kuantum mekaniğinin şemasına sığdırılamazdı. Daha hafif elementlerin istatistikleri ve dönüşleri, ancak nötronun temel bir parçacık olduğunu varsayarsak tutarlı bir tanım haline gelebilir.

James Chadwick, 1935.

Yeni Elementler ve Nükleer Reaksiyonlar

Nötronun keşfi bilimin seyrini oldukça keskin biçimde değiştirdi, çünkü nötronlar atom çekirdeği ile çarpışabilirdi. Nötronların bazıları çekirdekte bulunabilir ve atom kütlesini artırabilirdi. Doğal Beta bozunması (elektronun atom çekirdeğinden yayılımı, emisyonu) sonrası nötron bir protona dönüşürdü. Bir element sahip olduğu proton sayısıyla tanımlanmaya başlandığından beri (hidrojen 1, helyum 2, lityum 3, berilyum 4, bor 5, karbon 6, nitrojen 7, oksijen 8… protona sahipti) bu, bilim insanlarının laboratuvarda yeni, daha ağır elementler yapmalarını sağladı.

Bu aynı zamanda, nötronların atomik fisyon olarak da bilinen, atom bombalarında veya nükleer santrallerde kullanılabilecek büyük miktarda enerji üreten süreçte ağır atomların bölünmesinde de kullanılabilecekleri anlamına geliyordu.

Chadwick Liverpool İçin Cambridge’ten Ayrılır

1935 yılında, Nobel Ödülü kazanmadan önce, Chadwick, Liverpool Üniversitesi Fizik Başkanı Lyon Jones’un yanına kabul edildi. Bu yeni işine Nobel Ödülü kazandığını duymadan bir ay önce başladı.

Liverpool’da bir nükleer fizik grubu kurdu. Grubun siklotron/parçacık hızlndırıcı/atom parçalayıcı ihtiyacı vardı ancak yeni üniversitesinin bu ihtiyacı karşılayacak gücü yoktu. Chadwick Nobel Ödülü’nden kazandığı paranın bir kısmını bu ihtiyaç için finanse etti.

2. Dünya Savaşı ve Atom Bombası

2. Dünya Savaşı’nın ilk yılı 1929’da İngiliz Hükümeti Chadwick’in bir atom bombası oluşturabilip oluşturamayacağını sorgulattı. Chadwick bunun mümkün olduğunu ancak asla kolay olmayacağını söyledi.

Bazı üniversitelerde ön hazırlıklar başladı. Chadwick’in laboratuvarının çalışma koşulları oldukça zorluydu. Liverpool’da bulundukları bölge Alman Hava Kuvvetleri tarafıbdab sık sık hava saldırısına uğratılıyordu. Bu saldırılara rağmen 1941 baharında, Chadwick’in araştırma grubu, nükleer bir patlama için kritik olan Uranyum-235 kütlesinin yaklaşık 8 kilogram olduğunu keşfetti.

1941 yazında, Chadwick, İngiliz üniversitelerinde yürütülen tüm atom bombasu çalışmalarının özet halinde raporunu yazdı. Aynı yılın sonbaharında ABD’de Başkan Roosevelt raporu okudu ve ABD kendi atom bombasını üretmek için milyonlarca dolar harcamaya başladı. Onlarla tanıştığında Chadwick, Amerikalı temsilcilere bombanın işe yarayacağından %90 emin olduğunu söyledi.

Chadwick, 1943 yılının sonlarına doğru Manhattan Projesi tesislerini görmek için ABD’ye gitti. Bomba için Amerika’nın tüm araştırma, veri ve üretim tesislerine erişimin keyfini çıkaran dünyadaki üç adamdan biriydi: diğer ikisi Manhattan Projesi direktörü Amerikan Tümgeneral Leslie Groves ve Groves’un ikinci komutanı Tümgeneral Thomas Francis Farrell’di.

1944 yılının başlarında, Chadwick, eşi ve çocukları Manhattan Projesi çalışmalarının merkezi olan Los Alamos’a taşındı.

Chadwick ABD ve Birleşik Krallık hükümetlerinin bombanın Japonya üzerinde kullanılabileceğini kararlaştırdığında oradaydı. Daha sonra, 16 Temmuz 1945’te dünyanın ilk atom bombasının patlatıldığı Trinity nükleer testine katıldı.

1945’te İngiliz Hükümeti, savaş zamanındaki katkılarına ithafen Chadwick’i şövalye ilan etti ve Sir James Chadwick oldu. 1946 yılında ABD Hükümeti ona liyakat madalyası verdi.

Son

James Chadwick 24 Temmuz 1974’te, 82 yaşındayken, huzur içinde öldü.

Kaynak: https://www.famousscientists.org/james-chadwick/

Görsel Kaynak: https://un-sci.com/ru/2019/10/20/pamyati-dzhejmsa-chedvika-fizika-otkryvshego-nejtron/amp/

Editör: Meryem Melisa KAR