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ジェームズ・チャドウィック卿（1891年10月20日 - 1974年7月24日）は、中性子の発見により1935年にノーベル物理学賞を受賞したイギリスの実験物理学者。1941年には、アメリカ政府が本格的な原子爆弾研究を開始するきっかけとなったMAUD報告書の最終草稿を執筆した。第二次世界大戦中は、マンハッタン計画に携わったイギリスチームのリーダーを務めた。 1945年には、核物理学における功績によりイギリスでナイトの称号を授与された。
チャドウィックは1911年にマンチェスターのヴィクトリア大学を卒業し、そこでアーネスト・ラザフォード（「原子核物理学の父」として知られる）の下で学んだ。[ 3 ]マンチェスターでは、1913年に修士号を取得するまでラザフォードの下で研究を続けた。同年、チャドウィックは1851年万国博覧会王立委員会から1851年研究フェローシップを授与された。彼はベルリンでハンス・ガイガーの下でベータ線を研究することを選んだ。ガイガーが最近開発したガイガーカウンターを使用して、チャドウィックはベータ線が考えられていた離散的な線ではなく、連続スペクトルを生成することを実証できた。ヨーロッパで第一次世界大戦が勃発したとき、彼はまだドイツにおり、その後4年間をルーレベンの抑留キャンプで過ごした。
戦後、チャドウィックはラザフォードに続いてケンブリッジ大学のキャベンディッシュ研究所に移り、 1921年6月にケンブリッジ大学ゴンヴィル・アンド・カイウス・カレッジでラザフォードの指導の下、哲学博士号を取得した。彼は10年以上にわたり、キャベンディッシュ研究所でラザフォードの研究助手として勤務した。当時、同研究所は物理学研究における世界有数の中心地の一つであり、ジョン・コッククロフト、ノーマン・フェザー、マーク・オリファントといった学生が集まっていた。チャドウィックは中性子の発見に続き、その質量を測定した。彼は中性子が癌との闘いにおける主要な武器になると予見していた。チャドウィックは1935年にキャベンディッシュ研究所を離れ、リバプール大学の物理学教授に就任した。そこで彼は老朽化した研究所を刷新し、サイクロトロンを設置することで、原子核物理学研究の重要な拠点へと発展させた。
ジェームズ・チャドウィックは、1891年10月20日にイングランドのチェシャーで、綿紡績工のジョン・ジョセフ・チャドウィックと家政婦のアン・メアリー・ノウルズの長男として生まれた。[ 4 ] [ 5 ]彼は父方の祖父にちなんでジェームズと名付けられた。1895年、両親はマンチェスターに引っ越し、彼は母方の祖父母に預けられた。彼はボリントン・クロス小学校に通い、マンチェスター・グラマー・スクールの奨学金を与えられたが、家族は支払う必要のある少額の授業料さえ払えなかったため、それを断らざるを得なかった。代わりに彼はマンチェスターのセントラル・グラマー・スクール・フォー・ボーイズに通い、そこで両親と再会した。彼にはハリーとヒューバートという2人の弟がおり、妹は乳児期に亡くなっていた。16歳の時、彼は大学の奨学金のための2つの試験を受け、両方とも合格した。[ 6 ] [ 7 ]
チャドウィックはマンチェスターのヴィクトリア大学に進学することを選び、1908年に入学した。当初は数学を専攻するつもりだったが、誤って物理学科に登録してしまった。他の多くの学生と同様、彼は実家から通学し、毎日大学まで往復6.4キロの道のりを歩いていた。1年目の終わりに、物理学を学ぶためのヘギンボトム奨学金を授与された。物理学科の責任者はアーネスト・ラザフォードで、彼は最終学年の学生に研究プロジェクトを割り当てており、チャドウィックには2つの異なる放射線源の放射能量を比較する方法を考案するように指示した。そのアイデアは、1グラム（0.035オンス）のラジウムの放射能で測定できるというもので、これは後にキュリーとして知られるようになる測定単位である。ラザフォードが提案した方法は実現不可能だった――チャドウィックはそれを知っていたが、ラザフォードに言うのを恐れていた――ので、チャドウィックは研究を続け、最終的に必要な方法を考案した。その結果はチャドウィックの最初の論文となり、ラザフォードと共著で1912年に出版された。[ 8 ]彼は1911年に最優等の成績で卒業した。 [ 9 ]
ガンマ線を測定する方法を考案したチャドウィックは、さまざまな気体や液体によるガンマ線の吸収を測定することに着手した。今回は、その結果の論文は彼単独の名前で発表された。彼は1913年に理学修士号を取得し、ベイヤー・フェローに任命された。同年、彼は1851年博覧会奨学金を授与され、大陸ヨーロッパの大学で研究を行うことができた。彼はベルリンの物理技術帝国研究所に行き、ハンス・ガイガーの下でベータ線を研究することを選んだ。[ 10 ]ガイガーが最近開発した、以前の写真技術よりも精度が高いガイガーカウンターを使用して、ベータ線はこれまで考えられていたように離散的な線ではなく、特定の領域にピークを持つ連続スペクトルを生成することを実証することができた。 [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]ガイガーの研究室を訪れた際、アルバート・アインシュタインはチャドウィックに「どちらか一方なら説明できるが、両方を同時に説明することはできない」と語った。[ 13 ]連続スペクトルは、その後何年も未解明の現象として残ることになる。[ 15 ]
チャドウィックは第一次世界大戦勃発時にはまだドイツにおり、ベルリン近郊のルーレベン収容所に抑留された。そこで彼は厩舎に実験室を設置し、放射性歯磨き粉などの即席の材料を使って科学実験を行うことが許された。[ 16 ]チャールズ・ドラモンド・エリスの協力を得て、彼はリンの電離、一酸化炭素と塩素の光化学反応について研究した。[ 17 ] [ 18 ] 1918年11月にドイツとの休戦協定が発効した後、彼は釈放され、マンチェスターにある両親の家に戻り、そこで1851年の博覧会の委員のために過去4年間の研究成果をまとめた。[ 19 ]
ラザフォードはチャドウィックにマンチェスターで非常勤講師の職を与え、研究を続けられるようにした。[ 19 ]彼は白金、銀、銅の核電荷を調べ、実験的にこれが原子番号と1.5パーセント未満の誤差で一致することを発見した。[ 20 ] 1919年4月、ラザフォードはケンブリッジ大学のキャベンディッシュ研究所の所長に就任し、数か月後にチャドウィックもそこに加わった。チャドウィックは1920年にクラーク・マックスウェル奨学金を授与され、ケンブリッジ大学ゴンヴィル・アンド・カイウス・カレッジの博士課程に入学した。彼の論文の前半は原子番号に関する研究であり、後半では原子核内部の力について研究した。彼は1921年6月に学位を授与され、[ 21 ] 11月にゴンヴィル・アンド・カイウス・カレッジのフェローとなった。[ 22 ]
チャドウィックのクラーク・マックスウェル奨学生の任期は1923年に終了し、後任にはロシアの物理学者ピョートル・カピッツァが就任した。科学産業研究局諮問委員会の議長であるウィリアム・マコーミック卿は、チャドウィックがラザフォードの研究助手になるよう手配した。この役職で、彼はラザフォードが博士課程の学生を選抜するのを手伝った。その後数年間で、ジョン・コッククロフト、ノーマン・フェザー、マーク・オリファントなどが選ばれ、彼らはチャドウィックと親しい友人となった。多くの学生は研究したいことが分からなかったため、ラザフォードとチャドウィックがテーマを提案した。彼は研究所で作成されたすべての論文を編集した。[ 23 ]
1925年、チャドウィックはリバプールの株式仲買人の娘、アイリーン・スチュワート＝ブラウンと出会った。二人は1925年8月に結婚し[ 23 ] 、カピッツァが介添人を務めた。夫妻には双子の娘、ジョアンナとジュディスがおり、1927年2月に生まれた[ 25 ]。
チャドウィックは研究の中で原子核の調査を続けた。1925年、スピンの概念によって物理学者はゼーマン効果を説明できるようになったが、同時に説明のつかない異常も生じた。当時、原子核は陽子と電子から構成されていると考えられていたため、例えば質量数14の窒素原子核は、14個の陽子と7個の電子を含むと想定されていた。これにより質量と電荷は正しくなったが、スピンは間違っていた。[ 26 ]
1928年にケンブリッジで開催されたベータ粒子とガンマ線に関する会議で、チャドウィックはガイガーと再会した。ガイガーは、教え子のヴァルター・ミュラーによって改良された新型ガイガーカウンターを持参していた。チャドウィックは戦後ガイガーカウンターを使ったことがなく、この新しいガイガー・ミュラーカウンターは、当時ケンブリッジで使用されていた、人間の目による観察に頼るシンチレーション法に比べて、大きな進歩となる可能性を秘めていた。しかし、このカウンターの大きな欠点は、アルファ線、ベータ線、ガンマ線を検出してしまうことであり、キャベンディッシュ研究所が実験で通常使用していたラジウムはこれら3種類すべてを放出するため、チャドウィックの目的には不向きだった。しかし、ポロニウムはアルファ線放出核種であり、リーゼ・マイトナーがチャドウィックに約2ミリキュリー（約1000ミリキュリー）のポロニウムを送った。0.5 μg）ドイツ産。[ 27 ] [ 28 ]
英国で大恐慌が始まると、政府は科学への資金提供にますます消極的になった。同時に、ローレンスが最近発明したサイクロトロンは実験核物理学に革命をもたらすと期待されており、チャドウィックはキャベンディッシュ研究所もサイクロトロンを入手しなければ遅れをとるだろうと感じていた。そのため、大型で高価な装置がなくても優れた核物理学は可能だと固執し、サイクロトロンの要求を拒否したラザフォードに彼は不満を抱いていた。[ 29 ]
チャドウィックは、一般的にビッグサイエンス、特にローレンスのアプローチを批判していた。チャドウィックは、ローレンスのアプローチは不注意で、科学を犠牲にして技術に重点を置いていると考えていた。1933年のソルベー会議でローレンスが、無限のエネルギー源となる可能性のある、これまで知られていなかった新しい粒子の存在を提唱したとき、チャドウィックは、その結果は装置の汚染による可能性が高いと反論した。[ 30 ]ローレンスはバークレーで結果を再確認したが、チャドウィックが正しかったことが判明した。一方、ラザフォードとオリファントはキャベンディッシュで調査を行い、重水素が融合してヘリウム3を形成し、それによってローレンスが観察した効果が生じることを発見した。これはもう一つの大きな発見であったが、オリファント-ラザフォード粒子加速器は高価で最先端の装置であった。[ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ]
1935年3月、チャドウィックは妻の故郷であるリバプール大学のライオン・ジョーンズ物理学講座の教授職のオファーを受け、ライオネル・ウィルバーフォースの後任となった。研究所は旧式で直流電力で稼働していたが、チャドウィックはこの機会を逃さず、1935年10月1日に教授職に就任した。1935年11月に発表されたチャドウィックのノーベル賞受賞により、大学の名声はすぐに高まった。[ 35 ]彼のメダルは2014年にオークションで32万9000ドルで落札された。[ 36 ]
チャドウィックはリバプールにサイクロトロンを導入することに着手した。まず、リバプールの老朽化した研究所を改修するために700ポンドを費やし、一部の部品を社内で製造できるようにした。[ 37 ]彼は大学を説得して2,000ポンドを提供させ、さらに王立協会から2,000ポンドの助成金を得た。[ 38 ]サイクロトロンを建設するために、チャドウィックはカリフォルニア大学でローレンスと共同研究していた2人の若手専門家、バーナード・キンゼーとハロルド・ウォークを招き入れた。地元のケーブル製造業者がコイル用の銅導体を寄贈した。サイクロトロンの50トンの磁石は、真空チャンバーも製造したメトロポリタン・ヴィッカース社によってトラフォード・パークで製造された。[ 39 ]サイクロトロンは1939年7月に完全に設置され、稼働を開始した。総費用5,184ポンドは、チャドウィックが大学と王立協会から受け取った金額を上回っていたため、チャドウィックは残りの金額をノーベル賞の賞金159,917クローネ（8,243ポンド）から支払った。[ 40 ]
リバプールでは、医学部と理学部が緊密に協力していた。チャドウィックは自動的に両学部の委員となり、1938年にはダービー卿が率いる委員会に任命され、リバプールでの癌治療の体制を調査した。チャドウィックは、37インチサイクロトロンで生成される中性子と放射性同位体が生化学的プロセスを研究するために使用でき、癌との闘いにおける武器になる可能性があると予測した。[ 41 ] [ 42 ]
ドイツでは、ヴァルター・ボーテとその弟子であるヘルベルト・ベッカーがポロニウムを用いてベリリウムにアルファ粒子を照射し、珍しい放射線を発生させた。チャドウィックは、1851年のオーストラリア万国博覧会奨学生であるヒュー・ウェブスターに彼らの結果を再現させた。チャドウィックにとって、これは彼とラザフォードが長年仮説を立ててきたこと、すなわち電荷を持たない理論上の原子核粒子である中性子の存在の証拠であった。[ 27 ]その後、1932年1月にフェザーはチャドウィックに別の驚くべき結果について注意を促した。フレデリックとイレーヌ・ジョリオ＝キュリー夫妻は、ポロニウムとベリリウムを線源としてパラフィンワックスから陽子を叩き出すことに成功し、それをガンマ線だと考えていた。ラザフォードとチャドウィックはこれに反対した。陽子は重すぎるからである。しかし、中性子であれば同じ効果を得るのに必要なエネルギーはごくわずかである。ローマでは、エットーレ・マヨラナも同じ結論に達した。ジョリオ＝キュリー夫妻は中性子を発見したが、それを知らなかったのだ。[ 43 ]
チャドウィックはフェザー[ 44 ]の助けを借りて、しばしば夜遅くまで作業し、中性子の存在を証明することに専念するため、他のすべての責任を放棄した。彼はポロニウム線源とベリリウム標的を含む円筒からなる単純な装置を考案した。その結果生じた放射線は、パラフィンワックスなどの物質に向けられる。移動した粒子（陽子）は小さな電離箱に入り、そこでオシロスコープで検出される[ 43 ]。 1932年2月、中性子の実験をわずか2週間ほど行った後[ 16 ] 、チャドウィックは「中性子の存在の可能性」と題した手紙をネイチャーに送った[ 45 ] 。彼は5月に「中性子の存在」と題した論文を王立協会紀要Aに送り、その発見を詳細に伝えた。 [ 46 ] [ 47 ]中性子の発見は、原子核の理解における画期的な出来事でした。チャドウィックの論文を読んだロバート・バッハーとエドワード・コンドンは、窒素のスピンのような当時の理論の異常は、中性子のスピンが1/2 であり、窒素原子核が 7 個の陽子と 7 個の中性子から構成されているとすれば解決されることに気づきました。[ 48 ] [ 49 ]
理論物理学者のニールス・ボーアとヴェルナー・ハイゼンベルクは、中性子が陽子と電子のペアではなく、陽子や電子のような基本的な核粒子である可能性について検討した。 [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ] [ 53 ] ハイゼンベルクは、中性子は新しい核粒子として最もよく説明できることを示したが、[ 52 ] [ 53 ]その正確な性質は依然として不明であった。1933年のベーカー講演で、チャドウィックは中性子の質量を約1.0067 Da 。陽子と電子の合計質量は1.0078 uは、陽子と電子の複合体である中性子の結合エネルギーが約 1.0078 u であることを意味している。2 MeV という値は妥当に思えたが、[ 54 ]結合エネルギーがこれほど小さい粒子が安定である理由を理解するのは困難であった。[ 53 ] しかし、このような小さな質量差を推定するには、高度な精密測定が必要であり、1933年から1934年にかけていくつかの矛盾する結果が得られた。フレデリック・ジョリオ＝キュリーとイレーヌ・ジョリオ＝キュリーは、ホウ素にアルファ粒子を照射することで中性子の質量の大きな値を得たが、カリフォルニア大学のアーネスト・ローレンスのチームは小さな値を出した。[ 55 ] その後、ナチス・ドイツからの難民でキャベンディッシュ研究所の大学院生であったモーリス・ゴールドハーバーは、チャドウィックに、重水素は208Tl（当時はトリウムCとして知られていた）の2.6 MeVのガンマ線によって光分解される可能性があると示唆した。
このプロセスから中性子の質量の正確な値を決定することができる。チャドウィックとゴールドハーバーはこれを試み、うまくいくことを発見した。[ 56 ] [ 57 ] [ 58 ] 彼らは生成された陽子の運動エネルギーを1.05 MeVと測定し、方程式の未知数として中性子の質量を残した。チャドウィックとゴールドハーバーは、陽子と重陽子の質量に使用する値に応じて、中性子の質量は1.0084または1.0090原子単位であると計算した。[ 59 ] [ 58 ] （中性子の質量の現代で受け入れられている値は、1.008 66 Da 。）中性子の質量は陽子-電子対にしては大きすぎた。[ 59 ]
中性子の発見により、チャドウィックは1932年にヒューズ賞、 1935年にノーベル物理学賞、1950年にコプリ賞、 1951年にフランクリン賞を受賞しました。 [ 7 ]中性子の発見により、低速中性子の捕獲とそれに続くベータ崩壊によって、ウランよりも重い元素を実験室で生成することが可能になりました。他の原子の原子核に存在する電気力によって反発される正電荷を持つアルファ粒子とは異なり、中性子はクーロン障壁を乗り越える必要がないため、ウランのような最も重い元素の原子核にも侵入することができます。このことがエンリコ・フェルミに、原子核と低速中性子の衝突によって引き起こされる核反応を研究するきっかけを与え、フェルミはこの研究で1938年にノーベル賞を受賞しました。[ 60 ]
ヴォルフガング・パウリは、 1930年12月4日に、チャドウィックが1914年に報告したベータ線の連続スペクトルを説明するために、別の種類の粒子を提案した。ベータ線のエネルギーのすべてが説明できるわけではないため、エネルギー保存の法則が破られているように見えたが、パウリは、別の未発見の粒子が関与していれば、これを修正できると主張した。[ 61 ]パウリはこの粒子を中性子とも呼んだが、明らかにチャドウィックの中性子と同じ粒子ではなかった。フェルミはこれをニュートリノ（イタリア語で「小さな中性子」）と改名した。[ 62 ] 1934年、フェルミは、原子核から放出される電子は中性子が陽子、電子、ニュートリノに崩壊することによって生成されると説明するベータ崩壊の理論を提案した。[ 63 ] [ 64 ] ニュートリノは失われたエネルギーを説明できるが、質量が小さく電荷を持たない粒子は観測が困難であった。ルドルフ・パイエルスとハンス・ベーテは、ニュートリノは地球を容易に通過できるため、検出できる可能性は低いと計算した。[ 65 ] [ 66 ]フレデリック・ライネスとクライド・コーワンは、近くの原子炉からの大きな反ニュートリノ流の中に検出器を設置することで、1956年6月14日にニュートリノを確認した。[ 67 ]
第二次世界大戦中、チャドウィックは原子爆弾製造のためのチューブアロイズ計画の一環として研究を行ったが、彼のマンチェスター研究所とその周辺はドイツ空軍の爆撃に悩まされた。ケベック協定により彼のプロジェクトがアメリカのマンハッタン計画と統合されると、彼はイギリス代表団の一員となり、ロスアラモス研究所とワシントンDCで働いた。彼はプロジェクト責任者のレスリー・R・グローブス・ジュニアからほぼ完全な信頼を得て皆を驚かせた。その功績により、チャドウィックは1945年1月1日の新年叙勲でナイトの称号を授与された。1945年7月、彼はトリニティ核実験を視察した。その後、彼は国連原子力委員会のイギリス科学顧問を務めた。ビッグサイエンスへの流れに違和感を覚えた彼はケンブリッジに戻り、1948年にゴンヴィル・アンド・カイウス・カレッジの学長となった。
ドイツでは、オットー・ハーンとフリッツ・シュトラスマンがウランに中性子を照射し、より軽い元素であるバリウムが生成物の中に含まれていたことに気づいた。それまで、このプロセスでは同じかそれより重い元素しか生成されていなかった。1939年1月、マイトナーと彼女の甥のオットー・フリッシュは、この結果を説明する論文で物理学界を驚かせた。[ 68 ]彼らは、中性子を照射されたウラン原子は、ほぼ等しい2つの断片に分裂する可能性があると理論づけ、このプロセスを核分裂と呼んだ。彼らは、これにより約200 MeVのエネルギーが放出されると計算し、これは化学反応よりも桁違いに大きなエネルギー放出を意味すると考えた[ 69 ]。フリッシュは実験的に彼らの理論を確認した[ 70 ] 。核分裂中に中性子が放出された場合、連鎖反応が起こり得ることはすぐにハーンによって指摘された。[ 71 ]フランスの科学者ピエール・ジョリオ、ハンス・フォン・ハルバン、ルー・コワルスキーは、核分裂ごとに複数のニュートロンが放出されることをすぐに確認した。[ 72 ]アメリカの物理学者ジョン・ホイーラーと共著した論文で、ボーアは、核分裂は天然ウランのわずか0.7パーセントを占めるウラン235同位体で起こりやすいと理論づけた。[ 73 ] [ 74 ]
チャドウィックは1939年にドイツと再び戦争が起こる可能性はないと考えており、家族を連れてスウェーデン北部の人里離れた湖畔で休暇を過ごしていた。そのため、第二次世界大戦勃発の知らせは衝撃的だった。チャドウィックは二度と戦争を収容所で過ごすまいと決意し、できるだけ早くストックホルムに向かったが、家族とともに到着した時には、ストックホルムとロンドン間の航空便がすべて運休になっていた。彼らは貨物船でイギリスに戻った。リバプールに到着したチャドウィックは、サイクロトロンの研究のために来ていたポーランド人ポスドク研究員のジョセフ・ロートブラットが、ポーランドからの資金援助が途絶えたため困窮していることを知った。チャドウィックは、ロートブラットの英語力は乏しかったものの、すぐに講師として雇った。[ 75 ]
1939年10月、チャドウィックは科学産業研究省長官のエドワード・アップルトンから原子爆弾の実現可能性についての意見を求める手紙を受け取った。チャドウィックは慎重に答えた。彼は可能性を否定しなかったが、関連する多くの理論的および実際的な困難を慎重に検討した。チャドウィックはロートブラットとともに酸化ウランの特性をさらに調査することにした。[ 76 ] 1940年3月、バーミンガム大学のオットー・フリッシュとルドルフ・パイエルスは、フリッシュ＝パイエルス覚書として知られるようになった論文で関連する理論的問題を再検討した。彼らは濃縮されていない酸化ウランではなく、純粋なウラン235の球体に何が起こるかを検討し、連鎖反応が起こるだけでなく、わずか1キログラム（2.2ポンド）のウラン235で数トンのダイナマイトに匹敵するエネルギーを放出できる可能性があることを発見した。[ 77 ]
航空戦科学調査委員会（CSSAW）の特別小委員会であるMAUD委員会が、この問題をさらに調査するために設立された。委員長はジョージ・パジェット・トムソンで、当初のメンバーにはチャドウィックのほか、マーク・オリファント、ジョン・コッククロフト、フィリップ・ムーンが含まれていた。[ 78 ]他のチームがウラン濃縮技術を調査する一方で、リバプールのチャドウィックのチームはウラン235の核断面積の決定に集中した。 [ 79 ] 1941年4月までに、ウラン235の臨界質量は8キログラム（18ポンド）以下である可能性があることが実験的に確認された。[ 80 ]こうした問題に関する彼の研究は、リバプールの研究所周辺へのドイツ空軍のほぼ絶え間ない爆撃によって複雑化した。窓はあまりにも頻繁に吹き飛ばされたため、段ボールで交換された。[ 81 ]
1941 年 7 月、チャドウィックは MAUD レポートの最終草稿の執筆者に選ばれ、同年 10 月にヴァネヴァー・ブッシュがフランクリン・D・ルーズベルト大統領に提出したこのレポートは、米国政府が原子爆弾の開発に数百万ドルを投じるきっかけとなった。[ 82 ]ジョージ・B・ペグラムとハロルド・ユーリーが、現在チューブアロイズとして知られるプロジェクト[ 83 ]の進捗状況を確認するために英国を訪れた際、チャドウィックは彼らにこう告げることができた。「爆弾が機能しないと言えればよかったのですが、90 パーセントの確率で機能すると確信しています。」[ 83 ]
グラハム・ファーメロは、最近出版された原爆開発計画に関する本の中で、「チャドウィックは、チャーチルに原爆を与えるために他のどの科学者よりも尽力した。 …チャドウィックは限界寸前まで追い詰められた」と書いている。[ 85 ]眠れないほど心配したチャドウィックは睡眠薬に頼るようになり、残りの人生のほとんどを睡眠薬を服用し続けた。チャドウィックは後に、「核爆弾は可能であるだけでなく、避けられないものだと悟った。遅かれ早かれ、こうした考えは我々だけのものではなくなるだろう。誰もがすぐにそれについて考えるようになり、いずれかの国がそれを実行に移すだろう」と述べている。[ 86 ]サー・ヘルマン・ボンディは、当時イギリス物理学界の重鎮がラザフォードではなくチャドウィックであったことは幸運だったと示唆している。そうでなければ、ラザフォードの名声が、原爆の将来を「見据える」というチャドウィックの関心を圧倒していたかもしれないからである。[ 87 ]
空襲の危険のため、チャドウィック夫妻は政府の避難計画の一環として双子をカナダに送った。[ 88 ]チャドウィックは、同位体分離プラントの建設地としてはイギリスの方が適していると考え、チューブ・アロイズをカナダに移転することに消極的だった。[ 89 ] 1942年になると、この事業の途方もない規模がより明らかになった。試験的な分離プラントでさえ100万ポンド以上かかり、イギリスの資源を圧迫するだろう。ましてや本格的なプラントは、およそ2500万ポンドの費用がかかると見積もられていた。アメリカで建設する必要があった。[ 90 ]イギリスが共同プロジェクトの必要性を確信するようになったのと同時に、アメリカのマンハッタン計画の進捗状況から、イギリスの協力はそれほど重要ではないように思われたが、アメリカは依然としてチャドウィックの才能を活用したいと考えていた。[ 91 ]
協力の問題は最高レベルで取り上げられなければならなかった。1943年9月、ウィンストン・チャーチル首相とルーズベルト大統領はケベック協定を交渉し、イギリス、アメリカ、カナダ間の協力関係を再開した。チャドウィック、オリファント、パイエルス、サイモンは、チューブ・アロイズ社の社長であるウォレス・エイカーズ卿によってマンハッタン計画に協力するためにアメリカに召喚された。ケベック協定は、共同プロジェクトを指導するための新しい合同政策委員会を設立した。アメリカ側はエイカーズを嫌っていたため、チャドウィックが合同政策委員会の技術顧問およびイギリス使節団の長に任命された。[ 92 ]
チャドウィックは、リバプールでロートブラットに指揮を任せ、1943年11月にマンハッタン計画の施設を視察し始めた。ただし、プルトニウムが生産されていたハンフォード・サイトは見学を許されなかった。彼は、グローブスと副官を除けば、ウラン爆弾に関するアメリカの研究・生産施設すべてに立ち入ることができた唯一の人物となった。テネシー州オークリッジのK-25ガス拡散施設での作業を観察したチャドウィックは、戦時中のイギリスでこの施設を建設するという自分の考えがいかに間違っていたかを悟った。この巨大な建造物は、ドイツ空軍から隠すことなど到底できなかっただろう。[ 93 ] 1944年初頭、彼は妻と双子の子供たち（現在はカナダ訛りで話す）とともにニューメキシコ州ロスアラモスに移った。[ 94 ]安全上の理由から、彼はジェームズ・チャフィーという偽名を与えられた。[ 95 ]
チャドウィックは、アメリカ側がイギリスの支援を必要としていないことは認めつつも、プロジェクトを早期かつ成功裏に完了させるためにはイギリスの支援が依然として役立つ可能性があると考えていた。マンハッタン計画の責任者であるレスリー・R・グローブス・ジュニア少将と緊密に協力し、彼はその取り組みを支援するためにできる限りのことをしようとした。 [ 96 ]また、チャドウィックは、戦後のイギリスの核兵器計画に尽力していたため、できるだけ多くのプロジェクト部門にイギリスの科学者を配置しようと努めた。チャドウィックを通じてグローブスから特定の科学者の派遣要請があったが、その科学者を現在雇用している企業、省庁、大学は即座に拒否する傾向があったものの、チューブ・アロイズ社に与えられた最優先事項によって覆された。[ 97 ]その結果、イギリスのチームはプロジェクトの成功に不可欠であった。[ 98 ]
チャドウィックはイギリスの誰よりもこのプロジェクトについて詳しい知識を持っていたが、[ 99 ]ハンフォードの敷地への立ち入りは認められていなかった。 1946年にポータル卿がハンフォードの見学を勧められた。「ここはチャドウィックが戦時中に立ち入りを拒否された唯一の工場であり、彼はグローブスにポータルに同行できるかと尋ねた。グローブスは同行できると答えたが、もし同行すれば『ポータルはあまり見ることができないだろう』と付け加えた。」[ 100 ]チャドウィックはその功績により、1945年1月1日の新年叙勲でナイトの称号を授与された。[ 101 ]彼はこれをチューブアロイズプロジェクト全体の功績が認められたものと考えた。[ 102 ]
1945年初頭までに、チャドウィックはほとんどの時間をワシントンDCで過ごしており、彼の家族は1945年4月にロスアラモスからワシントンのデュポンサークルにある家に引っ越した。 [ 102 ]彼は7月4日の合同政策委員会の会合に出席し、ヘンリー・メイトランド・ウィルソン元帥が日本に対する原子爆弾の使用についてイギリスの同意を与えた。[ 103 ]また、 7月16日のトリニティ核実験にも出席し、最初の原子爆弾が爆発した。[ 104 ]そのピットの中には、ポロニウム・ベリリウム変調中性子起爆装置があり、これはチャドウィックが10年以上前に中性子を発見するために使用した技術を発展させたものであった。[ 105 ]マンハッタン計画に同行していたニューヨーク・タイムズの記者、ウィリアム・L・ローレンスは、「歴史上、自分の発見が人類の運命にこれほど大きな影響を与える形で実現するのを目の当たりにした人はかつていなかった」と書いた。[ 106 ]
戦争終結後まもなく、チャドウィックは原子力諮問委員会（ACAE）に任命された。また、国連原子力委員会の英国科学顧問にも任命された。彼は、英国が独自の核兵器を取得する必要があるというチャドウィックの確信に反対したACAEの同僚パトリック・ブラケットと対立したが、最終的に採用されたのはチャドウィックの立場だった。彼は1946年に英国に戻ったが、国は依然として戦時中の配給制と物資不足に苦しんでいた。[ 107 ]
この時、リバプール大学の副総長であるジェームズ・マウントフォード卿は日記に「チャドウィックほど肉体的にも精神的にも霊的にも疲れ果てた男を見たことがない」と記した。なぜなら、チャドウィックは「より幸運な人間が覗き込むことさえ求められないような道徳的決断の深淵を掘り下げ、科学的研究から生じるほとんど耐え難い責任の苦悩に苛ま れていた」からである。 [ 108 ]
1949年9月、エドワード・テラーは原子力発電と安全性について話し合うためにイギリスを訪れ、ケンブリッジにあるジェームズ・チャドウィック卿夫妻の自宅で夕食をとっていた。チャドウィック卿の妻は魅力的な話し手だったが、チャドウィック卿は（いつものように）寡黙だった。テラーがグローブスについて好ましくないコメントをすると、チャドウィック卿は饒舌になり、グローブスがいなければこのプロジェクトは決して成功しなかっただろうと述べ、同時にイギリス人に対する嫌悪感も認めた。[ 109 ]
1948年、チャドウィックはケンブリッジ大学ゴンヴィル・アンド・カイウス・カレッジの学長に就任する申し出を受け入れた。この職は名誉あるものであったが、その役割は明確ではなかった。学長はカレッジの名目上の長であったが、実際の権限は13人のフェローからなる評議会にあり、そのうちの1人が学長であった。学長として、チャドウィックはカレッジの学術的評価を高めるために尽力した。彼は研究フェローシップの数を31から49に増やし、カレッジに優秀な人材を呼び込もうとした。[ 110 ]これには、1951年に中国の生化学者ティエンチン・ツァオ[ 111 ]とハンガリー生まれの経済学者ピーター・バウアーを採用するなど、物議を醸す決定も含まれていた。農民反乱として知られるようになった出来事では、パトリック・ハドリーに率いられたフェローたちが、チャドウィックの旧友を評議会から追放し、バウアーを後任に据えた。その後数年間でチャドウィックの友人たちが次々と解任され、彼は1958年11月に退職した。彼の教授在任中に、ゴンヴィル・アンド・カイウス・カレッジの博士課程学生であったフランシス・クリック、ロザリンド・フランクリン、ジェームズ・ワトソンがDNAの構造を発見した。[ 110 ]
1970年代になるとチャドウィックはますます衰弱し、80歳の誕生日を祝うためにリバプールへ旅行したものの、めったに自宅のアパートから出ることはなかった。生涯無神論者であった彼は、晩年に宗教的信仰を受け入れる理由はないと考えていた。彼は1974年7月24日、ケンブリッジで82歳で睡眠中に亡くなった。[ 112 ]