Atomun parçalarından nötronu bulmasıyla tanınır.
İyi bir ilk ve orta eğitimden sonra Manchester üniversitesi fizik bölümünden 20 yaşında mezun oldu. Verilen bir burstan yararlanarak ve Geiger ile çalışmak amacıyla Almanya’ya gitti. Almanya savaşa girince bir at ahırına kapatıldı. Fakat çeşitli Alman fizikçilerinin yardımlarıyla 1919 yılında İngiltere’ye dönüp araştırmalarına başladı. Rutherford ile birlikte çeşitli elementlerin alfa parçacıklarıyla bombardımanı üzerinde çalıştı.
Bu deneylerden elde ettiği verileri atomların çekirdekleri üzerindeki artı yükün hesabında kullandı. Aldığı sonuçlar Moseley’in geliştirdiği atom numaraları kuramına uyuyordu.
1920 yılında atomun iki parçacığı olduğu biliniyordu: J.J. Thomson’un bulduğu elektron ve Rutherford’un keşfettiği proton. Protonların tamamı çekirdekteydi. Ama çekirdek atom kütlesinin çoğunu oluşturacak sayıda proton içeriyorsa yükü büyük bir artı değerde oluyordu. Örneğin, helyumun dört protonluk bir kütlesi vardı fakat yükü iki proton karşılığı idi. O halde, çekirdekte geri kalan iki protonluk yükü giderecek birkaç elektron bulunmalıydı. Fakat elektronlar çok hafif parçacıklar olduklarından kütleyi etkileyemezlerdi. Hatta elektronlar, protonları bir arada tutan “çimento” gibi düşünülüyordu. Çünkü elektron olmadan aynı yükteki protonların bir arada duramayıp ayrılacakları sanılıyordu. Bu görüşe göre, helyum çekirdeğinde dört proton ve iki elektron bulunmalıydı ki kütlesi dört ve yükü net artı iki olsun.
Fakat fizikçilerin çoğu bu elektronlu çekirdekten rahatsız oluyor, yüksüz bir parçacığın varlığından şüpheleniyorlardı. Bu düşüncelerle Chadwick ve Rutherford gizemli parçacığı aramaya koyuldular fakat sonuç alamadılar. Güçlük, yüksüz parçacıkların hava moleküllerini iyonlaştırmamasıydı. Çünkü atomun parçacıklarının kolayca saptanması bu iyonlaştırma sayesinde mümkün oluyordu.
1930 ve 1932 yıllarında Bothe ve Joliot-Currie’lerin yaptıkları deneyler, berilyum gibi hafif elementlerin alfa parçacıklara tutulması sonucu ışınma tespit ettiler. Bu, parafinden protonlar yayılmasından anlaşılıyordu. Fakat hiç kimse bu olayı açıklayamadı.
Chadwick bu araştırmaları yeni deneyler yaparak sürdürdü. Ona göre akla yakın tek açıklama, alfa parçacıklarının berilyum atomu çekirdeğinden yüksüz parçacıkları çıkardığı ve bu yüksüz parçacıkların da (her biri bir proton kadar kütleli) parafinden protonları dışarı atmasıydı. Böylece, varlığından şüphelenilen yüksüz parçacık nötronu, bulmuş oldu.
Daha sonraki araştırmalar nükleer tepkimelerin başlamasında büyük rolü olduğunu gösterdi. Buluşunun bu önemi dolayısıyla Chadwick 1935 yılı Nobel fizik ödülünü aldı. O zamanlar uranyum fizyonunun da nötron sayesinde başladığı henüz bilinmiyordu. Üç yıl sonra Hahn ve Meitner bunu da bulup Chadwick’in buluşunun önemini bir daha gösterdiler.
Nötronun bulunmasıyla artık atom çekirdeğinde elektron bulunduğu görüşü geçersiz oldu. Fakat bu kez Heisen Berg, çekirdeğin proton ve nötrondan oluştuğunu ileri sürdü, yani helyum çekirdeği iki proton ve nötron içeriyor böylece kütlesi dört ve yükü de artı iki oluyordu. Belli bir elementin izotopları hep aynı sayıda proton içeriyor dolayısıyla çekirdek çevresindeki elektron sayıları da eşit oluyordu. Elementlerin kimyasal özelliklerinin elektronların sayı ve dizilişlerine bağlı olduğu anlaşıldı. İzotoplar ise aynı elementin değişik sayıda nötron içermesi sonucu oluşuyorlardı. Örneğin, iki cins klorin atomundan biri 17 proton ve 18 nötronla 35 kütleli ve diğeri de 17 proton ve 20 nötronla 37 kütlelidir. Onun için birine klorin 35 ve diğerine klorin 37 denilmektedir. Bütün bu buluş ve çalışmalarla 20 yıl kadar önce Soddy ve Asfon’un ortaya koydukları “izotoplar kuramı” bilimsel temele kavuşmuş oldu.
Çekirdeğin proton ve nötrondan oluştuğu sonucuna varılması biri dışında bütün kuşkuları gidermişti. Fakat hepsi artı yüklü parçacıkları bu kadar dar bir yerde tutan neydi? Bu soruyu cevaplandırmak için üç yıl sonra sonuçlanacak Yukawa’nın çalışmalarının sonuçlarını beklemek gerekiyordu.
İkinci Dünya Savaşı sırasında ve Meitner’in fizyon olayını açıklamasından hemen sonra fakat Amerika’nın el atmasından çok önce, Chadwick İngiltere’nin Atom Bombası Projesi’nin başına geçti ve önemli çalışmalar yaptı
İyi bir ilk ve orta eğitimden sonra Manchester üniversitesi fizik bölümünden 20 yaşında mezun oldu. Verilen bir burstan yararlanarak ve Geiger ile çalışmak amacıyla Almanya’ya gitti. Almanya savaşa girince bir at ahırına kapatıldı. Fakat çeşitli Alman fizikçilerinin yardımlarıyla 1919 yılında İngiltere’ye dönüp araştırmalarına başladı. Rutherford ile birlikte çeşitli elementlerin alfa parçacıklarıyla bombardımanı üzerinde çalıştı.
Bu deneylerden elde ettiği verileri atomların çekirdekleri üzerindeki artı yükün hesabında kullandı. Aldığı sonuçlar Moseley’in geliştirdiği atom numaraları kuramına uyuyordu.
1920 yılında atomun iki parçacığı olduğu biliniyordu: J.J. Thomson’un bulduğu elektron ve Rutherford’un keşfettiği proton. Protonların tamamı çekirdekteydi. Ama çekirdek atom kütlesinin çoğunu oluşturacak sayıda proton içeriyorsa yükü büyük bir artı değerde oluyordu. Örneğin, helyumun dört protonluk bir kütlesi vardı fakat yükü iki proton karşılığı idi. O halde, çekirdekte geri kalan iki protonluk yükü giderecek birkaç elektron bulunmalıydı. Fakat elektronlar çok hafif parçacıklar olduklarından kütleyi etkileyemezlerdi. Hatta elektronlar, protonları bir arada tutan “çimento” gibi düşünülüyordu. Çünkü elektron olmadan aynı yükteki protonların bir arada duramayıp ayrılacakları sanılıyordu. Bu görüşe göre, helyum çekirdeğinde dört proton ve iki elektron bulunmalıydı ki kütlesi dört ve yükü net artı iki olsun.
Fakat fizikçilerin çoğu bu elektronlu çekirdekten rahatsız oluyor, yüksüz bir parçacığın varlığından şüpheleniyorlardı. Bu düşüncelerle Chadwick ve Rutherford gizemli parçacığı aramaya koyuldular fakat sonuç alamadılar. Güçlük, yüksüz parçacıkların hava moleküllerini iyonlaştırmamasıydı. Çünkü atomun parçacıklarının kolayca saptanması bu iyonlaştırma sayesinde mümkün oluyordu.
1930 ve 1932 yıllarında Bothe ve Joliot-Currie’lerin yaptıkları deneyler, berilyum gibi hafif elementlerin alfa parçacıklara tutulması sonucu ışınma tespit ettiler. Bu, parafinden protonlar yayılmasından anlaşılıyordu. Fakat hiç kimse bu olayı açıklayamadı.
Chadwick bu araştırmaları yeni deneyler yaparak sürdürdü. Ona göre akla yakın tek açıklama, alfa parçacıklarının berilyum atomu çekirdeğinden yüksüz parçacıkları çıkardığı ve bu yüksüz parçacıkların da (her biri bir proton kadar kütleli) parafinden protonları dışarı atmasıydı. Böylece, varlığından şüphelenilen yüksüz parçacık nötronu, bulmuş oldu.
Daha sonraki araştırmalar nükleer tepkimelerin başlamasında büyük rolü olduğunu gösterdi. Buluşunun bu önemi dolayısıyla Chadwick 1935 yılı Nobel fizik ödülünü aldı. O zamanlar uranyum fizyonunun da nötron sayesinde başladığı henüz bilinmiyordu. Üç yıl sonra Hahn ve Meitner bunu da bulup Chadwick’in buluşunun önemini bir daha gösterdiler.
Nötronun bulunmasıyla artık atom çekirdeğinde elektron bulunduğu görüşü geçersiz oldu. Fakat bu kez Heisen Berg, çekirdeğin proton ve nötrondan oluştuğunu ileri sürdü, yani helyum çekirdeği iki proton ve nötron içeriyor böylece kütlesi dört ve yükü de artı iki oluyordu. Belli bir elementin izotopları hep aynı sayıda proton içeriyor dolayısıyla çekirdek çevresindeki elektron sayıları da eşit oluyordu. Elementlerin kimyasal özelliklerinin elektronların sayı ve dizilişlerine bağlı olduğu anlaşıldı. İzotoplar ise aynı elementin değişik sayıda nötron içermesi sonucu oluşuyorlardı. Örneğin, iki cins klorin atomundan biri 17 proton ve 18 nötronla 35 kütleli ve diğeri de 17 proton ve 20 nötronla 37 kütlelidir. Onun için birine klorin 35 ve diğerine klorin 37 denilmektedir. Bütün bu buluş ve çalışmalarla 20 yıl kadar önce Soddy ve Asfon’un ortaya koydukları “izotoplar kuramı” bilimsel temele kavuşmuş oldu.
Çekirdeğin proton ve nötrondan oluştuğu sonucuna varılması biri dışında bütün kuşkuları gidermişti. Fakat hepsi artı yüklü parçacıkları bu kadar dar bir yerde tutan neydi? Bu soruyu cevaplandırmak için üç yıl sonra sonuçlanacak Yukawa’nın çalışmalarının sonuçlarını beklemek gerekiyordu.
İkinci Dünya Savaşı sırasında ve Meitner’in fizyon olayını açıklamasından hemen sonra fakat Amerika’nın el atmasından çok önce, Chadwick İngiltere’nin Atom Bombası Projesi’nin başına geçti ve önemli çalışmalar yaptı
