JAMES CHADWICK

Nobel Física-1935

         Chadwick estudió en la Universidad de Manchester y después de graduarse en 1911 trabajó con Rutherford, que era profesor allí en aquella época. En 1913 recibió la misma beca que había llevado a Rutherford desde Nueva Zelanda a Inglaterra dieciocho años antes. A Chadwick le permitió ir a Alemania, donde pretendía trabajar con Geiger. Desgraciadamente estalló la Primera Guerra Mundial y Chadwick se encontró siendo un enemigo, prisionero de los alemanes para toda la duración de la guerra.

         En 1919 volvió a Inglaterra, realizando trabajos de investigación en Cambridge. Volvió a trabajar con Rutherford bombardeando diversos elementos con partículas alfa. En 1920 usó los datos obtenidos de dichos experimentos para calcular la carga positiva de los núcleos de algunos átomos. Sus resultados coincidieron perfectamente con la teoría de los números atómicos desarrollada por Moseley.

         Durante los años veinte se conocían dos partículas subatómicas: el electrón, descubierto por Thomson, y el protón, descubierto por Rutherford. Los protones estaban todos situados en el núcleo, pero si éste contuviera suficientes protones para formar su masa tendría una carga positiva muy superior a la observada. Es decir, el núcleo de helio tiene una masa equivalente a cuatro protones, pero su carga equivale solo a dos de ellos. Por lo tanto se pensaba que el núcleo debería contener algunos electrones que neutralizaran parte de la carga de los protones. Estos electrones no afectarían mucho en cuanto a la masa del átomo, puesto que los electrones eran partículas enormemente ligeras. Incluso se pensó que los electrones podrían actuar de <cemento> de unión  para los protones, puesto que sin los electrones los protones se repelerían a causa de su carga del mismo signo, apartándose unos de otros y no consiguiendo un núcleo estable. De acuerdo con este punto de vista, el núcleo de helio debería contener cuatro protones y dos electrones para alcanzar una masa de 4 y una carga neta positiva de 2.

         Existían razones teóricas, sin embargo, que discrepaban con la teoría del núcleo formado por protones y electrones y también existían otras que hacían sospechar la existencia de una partícula sin carga. Durante los años veinte Rutherford y Chadwick hicieron varios intentos para intentar localizar una partícula de este tipo, pero no lo consiguieron. La dificultad estribaba en que la partícula que buscaban, al no poseer carga, no ionizaba las moléculas del aire y era esta ionización la que permitía, en las cámaras de niebla, la detección de partículas subatómicas con mayor facilidad.

         Sin embargo, entre 1930 y 1932 algunos científicos, incluyendo a Bothe y a los Joliot-Curie, notaron que cuando se exponían al bombardeo de partículas alfa algunos elementos ligeros, como el berilio, se producía un cierto tipo de radiación, cuya presencia se manifestaba por la expulsión de protones en la parafina. Desgraciadamente no se dio la interpretación adecuada a este fenómeno.

         En 1932 fue Chadwick el que repitió estos experimentos y demostró que la mejor manera de explicar los efectos producidos era suponer que las partículas alfa provocaban la expulsión de partículas neutras del núcleo del átomo de berilio y que dichas partículas neutras (cada una de las cuales tenía la misma masa que un protón) producían a su vez la expulsión de protones de la parafina. Así fue como se descubrió la partícula neutra (el neutrón).

         El neutrón resultó ser con mucho la partícula más útil para iniciar las reacciones nucleares y Chadwick recibió, como consecuencia de su descubrimiento, el premio Nobel de física en 1935. Por aquel tiempo todavía se tenía que descubrir que entre las reacciones iniciadas por los neutrones estaba la de la fisión del uranio. Esto lo demostraron Hahn y Meitner tres años más tarde.

         Con el descubrimiento del neutrón se llego a la conclusión de que los núcleos atómicos no tenían por qué contener electrones, sino que, como pronto sugirió Heisengerg, estaban compuestos por protones y neutrones. Por tanto, el núcleo de helio contenía dos protones y dos neutrones con una masa total de 4 y una carga total positiva de 2. Los diferentes isótopos de un cierto elemento contenían todos el mismo número de protones (y, por tanto, el mismo número de electrones en la periferia –de modo que las propiedades químicas dependían de este número de electrones y de su colocación-), pero poseían diferente número de neutrones. Por tanto, por ejemplo, de las dos variedades de átomos de cloro, uno contenía 17 protones y 18 neutrones, con una masa total de 35, mientras que el otro contenía 17 protones y 20 neutrones, con una masa total de 37. Los dos isótopos se distinguían nombrándolos por cloro-35 y cloro-37. Por fin, finalmente, la teoría isotópica de Soddy y Aston, propuesta dos décadas antes, se apoyó sobre una basa racional.

         La idea de que el núcleo estaba formado por protones y neutrones cubría todas las necesidades teóricas salvo una: ¿qué era lo que mantenía juntos a todos los protones positivamente cargados dentro del diminuto núcleo? Para explicar esto fue necesario esperar solo unos pocos años hasta que Yukawa realizara sus cálculos.

         En 1935 Chadwick fue nombrado profesor de física en la Universidad de Liverpool. Permaneció fuera de Alemania durante la Segunda Guerra Mundial, afortunadamente, y fue elegido director del proyecto para la construcción de la bomba atómica de Gran Bretaña, pasando algún tiempo en los Estados Unidos. Fue condecorado en 1945.