James Chadwick

Bin dokuz yüz otuzların başlarında, atom çekirdeği derin bir sır saklıyordu. Dünya genelindeki bilim insanları, alfa parçacıkları berilyuma çarptığında yayılan şaşırtıcı, yüksek derecede nüfuz edici bir radyasyon gözlemlediler. Bu görünmez kuvvet, maddeden protonları fırlatacak kadar güçlüydü, ancak bilinen tüm fizik kurallarına meydan okuyarak elektrik yükü taşımıyordu. Bu, bir açıklama gerektiren bir gizemdi. "Bu çizelge, bilim insanlarının bin dokuz yüz otuz ikide gözlemlediği gizemli radyasyonu gösteriyor," diye açıkladı Alexei karmaşık bir diyagramı işaret ederek. "Gama ışınları değildi, ama protonları fırlatabilecek tamamen yeni bir şeydi! Herkesi şaşkına çevirmişti."

Bu keşiften önce, atomun elektronların yörüngesinde döndüğü bir proton çekirdeğinden oluştuğu düşünülüyordu. Ancak, çoğu atom çekirdeğinin kütlesi yalnızca protonlarla açıklanamıyordu; önemli, açıklanamayan bir kütle açığı vardı. Bilim insanları atomun çekirdeğinde başka bir şeyin gizlendiğini biliyorlardı, ancak doğası belirsizliğini koruyordu. "Şu bir helyum atomu modeline bakın," diye işaret etti Oscar. "İki protonu var, bu yüzden yaklaşık iki birim ağırlığında olması gerekir. Ama dört ağırlığında! Fazladan kütle nereden geliyor?" Alexei başını salladı. "Kesinlikle, Oscar. Bu 'eksik kütle' büyük bir bilmeceydi, çekirdeğin içindeki dengeyi sağlayan bilinmeyen, nötr bir parçacığın var olması gerektiğini düşündürüyordu."

Yıllarca, Walther Bothe ve Herbert Becker gibi araştırmacılar, ardından Irène ve Frédéric Joliot-Curie, berilyumdan gelen bu nüfuz edici radyasyonu gözlemlediler. Bunu olağanüstü enerjik gama ışınları olarak yorumladılar. Ancak, bu 'gama ışınları' parafinden protonları fırlatmada benzersiz bir şekilde etkiliydi; bu, kütlesiz fotonlar için eşi benzeri görülmemiş bir etkileşimdi. "Alexei, erken deneyi gösteren ekrana dokundu. 'Radyasyonu gördüler ama buna gama ışınları dediler. Rahat bir açıklamaydı.' Dev kaşlarını çattı. 'Ama gama ışınları protonları o kadar sert itmez!' 'Kesinlikle!' diye onayladı Alexei. 'Korkacağımız tek şey korkunun kendisidir,' diye düşündü, Amerikan başkanı Franklin D. Roosevelt'in bir zamanlar söylediği şeyi hatırlayarak. 'Bazen bilim insanları, bildiklerini sandıkları şeylere meydan okuyacak kadar cesur olmak zorundadır.'"

Bu radyasyonun, elektronlardan çok daha büyük parçacıklar olan protonları şiddetle geri sektirme gibi şaşırtıcı yeteneği, gama radyasyonu hakkındaki kabul görmüş anlayışa doğrudan bir meydan okumaydı. Eğer gerçekten gama ışınları olsaydı, enerji transferi minimal olurdu, tıpkı bir pinpon topunun bir bovling topuna çarpması gibi. Bu 'radyasyon' açıkça tamamen başka bir şeydi, önemli bir momentuma sahip bilinmeyen bir varlıktı. "Oscar ekrana heyecanla işaret etti. 'Yani, bir gama ışını bir protona çarparsa, bu küçük bir çakıl taşının büyük bir kayaya çarpması gibi mi olur?' Alexei başını salladı. 'Kesinlikle, Oscar. Çok az etki. Ama gözlemledikleri şey, bir bovling topunun bir gülle topuna çarpması gibiydi! O kadar çok enerji transferi vardı ki, gama ışınları olamazdı. Bu onları atom altı parçacıklar hakkında bildikleri her şeyi yeniden gözden geçirmeye zorladı.'"

Cambridge'deki Ernest Rutherford'un laboratuvarında çalışan James Chadwick, verileri titizlikle analiz etti ve cesur, yeni bir hipotez öne sürdü. Bu deneylerde gözlemlenen atom çekirdeklerinin güçlü geri tepmesini ancak bir protona benzer kütleye sahip, yüksüz bir parçacığın açıklayabileceğini düşündü. Kendini bu zorlu varlığın deneysel kanıtını bulmaya adadı. "Chadwick sadece tahmin etmiyordu," diye vurguladı Alexei, Chadwick'in derin düşüncelere dalmış bir tasvirini işaret ederek. "Ne tür bir parçacığın orada olması gerektiğini anlamak için enerji ve momentumun dikkatli hesaplamalarını kullandı. Elektrik alanlardan etkilenmediği için yüklü olamayacağını fark etti." Dev başını salladı, "Yani, her şeyin içinden geçip gidiyordu!"

Chadwick'in çığır açan deneyi, başkalarının da yaptığı gibi, berilyumu alfa parçacıklarıyla bombardıman etmeyi içeriyordu. Ancak kritik olarak, daha sonra yayılan 'bilinmeyen radyasyonu' farklı elementlerden, özellikle hidrojen (parafin mumu şeklinde) ve nitrojenden yapılmış hedeflere yöneltti. Bu hedeflerdeki geri tepen çekirdeklerin kesin enerjilerini analiz ederek, gelen gizemli parçacıkların özelliklerini çıkarabildi. "'Bu Chadwick'in dahiyane düzeneği!' diye bağırdı Alexei, ayrıntılı bir diyagramı işaret ederek. 'Alfa parçacıklarını, sonra da gizemli radyasyonu kullandı. Ama deha kısmı, o gizemli radyasyonun farklı atomları nasıl ittiğini görmekti.' Oscar yaklaştı. 'Yani, itmeyi ölçerek, neyin ittiğini anlayabildi mi?' Alexei gülümsedi. 'Kesinlikle! Kozmik bir bilardo oyununu çözmek gibi.'"

Chadwick'in hassas ölçümleri ve hesaplamaları, bilinmeyen radyasyonun elektrik yükü olmayan, ancak bir protonunkine neredeyse özdeş bir kütleye sahip parçacıklardan oluştuğunu kesin olarak gösterdi. Bu yeni keşfedilen, temel parçacığa 'nötron' adını verdi. Nötrlüğü, yüklü parçacıkları iten elektromanyetik kuvvetleri atlayarak atom çekirdeklerinin derinliklerine inebilmesi nedeniyle inanılmaz nüfuz gücünü açıklıyordu. "Alexei net bir diyagramı işaret etti. 'Ve işte büyük sır: nötron!' Dev'in gözleri büyüdü. 'Yani, bir proton gibi, ama pozitif yükü olmayan mı?' 'Kesinlikle!' diye onayladı Alexei. 'Bu yüzden çok sinsi! Bir protonun aksine, itilmeden doğrudan çekirdeğe girebilir. Atomun kilidini açmanın anahtarı buydu.'"

Nötronun keşfi atom modelini tamamladı. Çekirdek artık hem protonların hem de nötronların sıkıca bağlı bir çekirdeği olarak anlaşılıyordu. Bu, aynı elementin, kimyasal özellikleri aynı olan ancak farklı nötron sayıları nedeniyle atom kütleleri değişen izotopları sorununu açıklıyordu. Dev, daha önceki kayıp kütle hakkındaki tartışmalarını hatırladı. "Yani, nötron helyum atomu için de eksik parçaymış!" diye bağırdı Dev, iki proton ve iki nötronlu bir helyum çekirdeğini gösteren yeni bir atom diyagramına işaret ederek. "Fazladan ağırlığı açıklıyor!" Alexei sıcak bir şekilde gülümsedi. "Kesinlikle, Dev! Nötron bu gizemi mükemmel bir şekilde çözdü. Bu sadece keşifle ilgili değildi; atomun gerçek planını nihayet anlamakla ilgiliydi."

Chadwick'in keşfi, bilimsel titizliğin bir kanıtı olarak, istemeden nükleer çağı başlattı. Nötr nötron, nükleer fisyon adı verilen bir süreçte ağır atom çekirdeklerini parçalamak için ideal bir mermi olduğunu kanıtladı. Bir nötron, itme olmadan bir çekirdeğe nüfuz edebilir ve muazzam miktarda enerji açığa çıkaran bir zincirleme reaksiyonu tetikleyebilir. Bu temel içgörü, hem nükleer gücün hem de atom silahlarının geliştirilmesinin temeli oldu. "Oscar, fisyonun görselleştirmesine baktı. 'Yani bu minicik, görünmez nötron bir atomu parçalayıp devasa enerji mi üretebilir?' Alexei ciddiyetle başını salladı. 'Evet, yapabilir. Bu, hem iyilik için hem de derin bir meydan okuma için inanılmaz bir güç. Chadwick'in çalışması hem nükleer enerjinin hem de sonunda atom bombasının yolunu açtı ve insanlık tarihini sonsuza dek değiştirdi.'"

James Chadwick, çığır açan keşfiyle, bin dokuz yüz otuz beş yılında Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü. Onun sessiz kararlılığı ve titiz deneyleri, atomun resmini tamamlamakla kalmadı, aynı zamanda varlığı yirminci yüzyılı kökten değiştirecek bir parçacığı da ortaya çıkardı. Nötron, araştırma, enerji ve tıpta vazgeçilmez bir araç olmaya devam ediyor ve bize maddenin en küçük, en anlaşılması zor bileşenlerinin bile muazzam sonuçları olan sırlar barındırdığını hatırlatıyor. "Chadwick'in nötronu gerçekten her şeyi değiştirdi, değil mi?" diye gözlemledi Dev, müze salonuna bakarak. Alexei gülümsedi. "Kesinlikle öyle, Dev. Evreni anlamaktan elektrik üretmeye kadar, etkisi ölçülemez. Chadwick gibi meraklı zihinlerin ateşlediği maddeyi anlama arayışı asla gerçekten bitmez."