James Chadwick: biografía y el descubrimiento del neutrón

Formación y los años con Rutherford

Chadwick creció en una familia modesta de Cheshire y estudió física en la Universidad de Manchester, donde ingresó por error a un curso de física en lugar de matemáticas, según relataría después, y decidió quedarse al descubrir el ambiente estimulante del laboratorio dirigido por Ernest Rutherford. Bajo su supervisión, se especializó en el estudio de la radiactividad y viajó en 1913 a Berlín para investigar junto a Hans Geiger, uno de los pioneros en la detección de partículas subatómicas mediante los contadores que hoy llevan su nombre.

El estallido de la Primera Guerra Mundial lo sorprendió en Alemania, donde fue internado como civil enemigo en el campo de Ruhleben durante casi cuatro años, en condiciones precarias que, sin embargo, no le impidieron seguir realizando pequeños experimentos científicos junto a otros prisioneros. Al terminar la guerra regresó a Inglaterra y se reincorporó al grupo de Rutherford, que para entonces se había trasladado al Laboratorio Cavendish de Cambridge, donde Chadwick asumiría progresivamente un papel central en la investigación sobre la estructura del núcleo atómico.

Referencias: [1] · [2]

La búsqueda de una partícula neutra

Desde comienzos de la década de 1920, Rutherford había especulado sobre la existencia de una partícula neutra dentro del núcleo, necesaria para explicar por qué la masa de muchos átomos era casi el doble de lo que correspondía a la suma de sus protones. Chadwick dedicó más de una década a intentar detectar esa partícula hipotética, un desafío mayúsculo porque, al carecer de carga eléctrica, no podía revelarse mediante los instrumentos habituales, que dependían de la ionización producida por partículas cargadas al atravesar la materia.

El avance decisivo llegó a partir de experimentos realizados en Francia por Irène y Frédéric Joliot-Curie, quienes en 1932 bombardearon berilio con partículas alfa y observaron una radiación muy penetrante capaz de expulsar protones de una lámina de parafina. Ellos interpretaron el fenómeno como una forma de radiación gamma de alta energía, pero Chadwick, al repetir el experimento en Cambridge, calculó que esa explicación violaba la conservación de la energía y el momento, y concluyó que la radiación debía estar compuesta por partículas neutras con una masa similar a la del protón.

Referencias: [2] · [3]

El anuncio del neutrón y el Nobel

En febrero de 1932, Chadwick publicó en la revista Nature una breve carta titulada "La posible existencia de un neutrón", seguida meses después de un artículo más extenso con evidencia detallada. El hallazgo resolvió de un solo golpe varios problemas pendientes en física nuclear, entre ellos la composición exacta de los núcleos atómicos, que a partir de entonces pudo describirse de forma consistente como una combinación de protones y neutrones, y no de protones y electrones como se había propuesto anteriormente.

La comunidad científica reconoció con rapidez la importancia del descubrimiento, y en 1935 Chadwick recibió el Premio Nobel de Física en solitario. El neutrón se convirtió pronto en una herramienta experimental clave, ya que al no tener carga podía penetrar los núcleos atómicos sin ser repelido, lo que permitió a otros físicos, como Enrico Fermi, iniciar el bombardeo sistemático de distintos elementos y descubrir, sin buscarla directamente, la fisión nuclear pocos años después.

Referencias: [3] · [4]

El Proyecto Manhattan y los últimos años

Durante la Segunda Guerra Mundial, Chadwick coordinó inicialmente el comité británico "Maud", encargado de evaluar la viabilidad de una bomba atómica, y a partir de 1943 encabezó la misión británica integrada en el Proyecto Manhattan en Estados Unidos, donde colaboró estrechamente con los científicos estadounidenses en Los Álamos. Su prestigio y su carácter conciliador resultaron decisivos para mantener la cooperación técnica entre ambos países en un proyecto marcado por fuertes tensiones políticas sobre el control de la tecnología nuclear.

Terminada la guerra, fue nombrado caballero por sus servicios y regresó a la vida académica como director del Gonville and Caius College de Cambridge. Se mostró después preocupado por las implicaciones éticas de la energía nuclear y defendió públicamente controles internacionales sobre su uso militar. Murió en 1974 en Cambridge, reconocido como el físico que completó, junto al protón y el electrón, el trío de partículas fundamentales que explican la estructura básica de toda la materia ordinaria.

Referencias: [4]

Cronología

1. 1891

   Nace en Bollington, Inglaterra.

2. 1914–1918

   Es internado en Alemania durante la Primera Guerra Mundial.

3. 1932

   Anuncia el descubrimiento del neutrón.

4. 1935

   Recibe el Premio Nobel de Física.

5. 1943–1946

   Dirige la misión británica en el Proyecto Manhattan.