詹姆斯·查德威克爵士，CH，F(xiàn)RS（英語(yǔ)：Sir James Chadwick，1891年10月20日－1974年7月24日），英國(guó)物理學(xué)家，因于1932年發(fā)現(xiàn)中子而獲1935年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1941年，他為穆德委員會(huì)核武器報(bào)告的最后稿本執(zhí)筆，這份報(bào)告促使美國(guó)政府開(kāi)始積極進(jìn)行核武器研究。第二次世界大戰(zhàn)期間，他擔(dān)任曼哈頓計(jì)劃英國(guó)小組的組長(zhǎng)。因?qū)ξ锢韺W(xué)的貢獻(xiàn)，他于1945年在英格蘭被冊(cè)封為爵士。
詹姆斯·查德威克爵士
生平
查德威克在1911年畢業(yè)于曼徹斯特維多利亞大學(xué)，期間曾在“核物理之父”歐內(nèi)斯特·盧瑟福的指導(dǎo)下進(jìn)行研究。他畢業(yè)后留在曼徹斯特，繼續(xù)在盧瑟福的指導(dǎo)下研究，并于1913年取得碩士學(xué)位。同年，他考獲萬(wàn)國(guó)工業(yè)博覽會(huì)皇家委員會(huì)頒發(fā)的大英博覽會(huì)獎(jiǎng)學(xué)金。他決定前往柏林隨漢斯·蓋革研究β輻射。查德威克用蓋革新開(kāi)發(fā)的蓋革計(jì)數(shù)器，成功證明β輻射的能譜為連續(xù)的，而非之前所認(rèn)為的離散線。第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)時(shí)，查德威克仍身處德國(guó)，之后四年，他被迫在柏林西邊的魯赫本拘留營(yíng)中渡過(guò)。
戰(zhàn)后，查德威克跟隨盧瑟福到劍橋大學(xué)的卡文迪什實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)研究，并在盧瑟福的指導(dǎo)下于1921年6月在劍橋大學(xué)岡維爾與凱斯學(xué)院取得博士學(xué)位。卡文迪什實(shí)驗(yàn)室是當(dāng)時(shí)世界上最重要的物理學(xué)研究中心之一，查德威克在此實(shí)驗(yàn)室擔(dān)任了十多年助理研究主任，他在1932年發(fā)現(xiàn)中子并成功量度到其質(zhì)量，他還預(yù)期中子會(huì)成為克制癌癥的重要武器。查德威克于1935年離開(kāi)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室，前往利物浦大學(xué)擔(dān)任物理學(xué)教授。他徹底改造了利物浦大學(xué)里陳舊的實(shí)驗(yàn)室，并通過(guò)安裝回旋加速器，使利物浦成為核物理的重要研究中心。
第二次世界大戰(zhàn)期間，查德威克承擔(dān)了研發(fā)原子彈的合金管工程的部分研究工作，由于實(shí)驗(yàn)室所在地利物浦及周圍地區(qū)正飽受納粹德國(guó)空軍轟炸，研究環(huán)境相當(dāng)惡劣。魁北克協(xié)定簽訂之后，他的計(jì)劃與美國(guó)的曼哈頓計(jì)劃合并，他加入了英國(guó)小組，搬遷到洛斯阿拉蒙斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室及華盛頓工作。期間，出乎所有人的意料，他獲得了計(jì)劃領(lǐng)導(dǎo)人萊斯利·格羅夫斯將軍幾乎完全的信任。由于他的貢獻(xiàn)，他名列1945年1月1日的新年授勛名單，被封為爵士。同年7月，他親臨現(xiàn)場(chǎng)觀看了三位一體核試。此后，他還曾出任聯(lián)合國(guó)原子能委員會(huì)的英國(guó)科學(xué)顧問(wèn)。對(duì)大科學(xué)趨勢(shì)感到不快的查德威克于1948年就任劍橋大學(xué)岡維爾與凱斯學(xué)院院長(zhǎng)，于1959年退休。
教育與早年
詹姆斯·查德威克于1891年10月21日在英國(guó)柴縣博靈頓出生，為家中長(zhǎng)子，其父約翰·約瑟·查德威克是綿紡工人，其母安妮·瑪莉·諾利斯是家傭。查德威克是以其祖父詹姆斯之名命名。他的父母于1895年移居至曼徹斯特，他則留在博靈頓，由外祖父母照顧。他就讀博靈頓十字小學(xué)，并取得曼徹斯特文法中學(xué)的獎(jiǎng)學(xué)金，但由于獎(jiǎng)學(xué)金外仍需繳付少量費(fèi)用，所以他的家人拒絕了該校的獎(jiǎng)學(xué)金，并把他送往曼徹斯特的中央男子文法學(xué)校就讀，同時(shí)與父母團(tuán)聚。那時(shí)他有了兩名弟弟，名為哈利和赫伯特；還有一名在嬰兒期就去世了的妹妹。16歲時(shí)，他報(bào)考了兩家大學(xué)的獎(jiǎng)學(xué)金，都成功了。
查德威克選擇前往曼徹斯特維多利亞大學(xué)升學(xué)，于1908年入學(xué)。他原本打算修讀數(shù)學(xué)，但注冊(cè)時(shí)卻誤選了物理學(xué)。他與當(dāng)時(shí)大部分大學(xué)生一樣在家居住，每天來(lái)回大學(xué)要走6.4公里的路。他在大學(xué)第一年末獲頒赫金博特姆獎(jiǎng)學(xué)金，支持他學(xué)習(xí)物理。當(dāng)時(shí)的物理學(xué)系主任為歐內(nèi)斯特·盧瑟福，他負(fù)責(zé)分派畢業(yè)研究的課題，他讓查德威克去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)比較兩種不同輻射來(lái)源的能量。這樣他們就能以一克鐳輻射量來(lái)量度其他來(lái)源，而這個(gè)單位就是后來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)單位居里。盧瑟福所建議的手法是行不通的——查德威克是知道這點(diǎn)的，可是他實(shí)在不敢對(duì)盧瑟福說(shuō)——所以他只好繼續(xù)努力，最終成功開(kāi)發(fā)出所需要的方法。這次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果成了查德威克的第一份學(xué)術(shù)論文，而盧瑟福也是這篇論文的共同作者，論文于1912年發(fā)表。他則在1911年以一級(jí)榮譽(yù)畢業(yè)。
查德威克開(kāi)發(fā)完量度伽馬輻射的方法后，就轉(zhuǎn)往量度各種氣體及液體的伽馬射線吸收量。這次實(shí)驗(yàn)結(jié)果的論文，發(fā)表時(shí)列出的作者只有查德威克一人。他于1912年獲頒理學(xué)碩士(MSc)學(xué)位，并獲聘拜耳研究員。次年考獲大英博覽會(huì)獎(jiǎng)學(xué)金，因此能夠前往歐洲大陸的大學(xué)進(jìn)行學(xué)習(xí)與研究。查德威克于1913年決定前往德國(guó)柏林的帝國(guó)技術(shù)物理研究所，隨漢斯·蓋革研究β輻射。蓋革新開(kāi)發(fā)的蓋革計(jì)數(shù)器比之前感光偵探法準(zhǔn)確不少，查德威克就是憑著這儀器成功證明β輻射的能譜并非之前所認(rèn)為的離散線，而是在某些區(qū)間出現(xiàn)高峰值的連續(xù)能譜。阿爾伯特·愛(ài)因斯坦在參觀蓋革的實(shí)驗(yàn)室時(shí)對(duì)查德威克說(shuō)：“我能夠解釋這兩種現(xiàn)象，但我不能夠同時(shí)解釋這兩種現(xiàn)象。”β輻射的連續(xù)能譜在之后的多年仍未能被解釋。
在第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后，查德威克仍在德國(guó)，在柏林附近的魯赫本拘留營(yíng)接受拘留，期間他獲準(zhǔn)在馬槽中設(shè)立實(shí)驗(yàn)室，使用如輻射牙膏等臨時(shí)物料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。他在查爾斯·德拉蒙德·艾利斯的協(xié)助下，著手研究磷的離子化及一氧化碳和氯氣的光化學(xué)合成。他在康邊停戰(zhàn)協(xié)定生效時(shí)的1918年11月被釋放，并回到了父母在曼徹斯特的家，為萬(wàn)國(guó)工業(yè)博覽會(huì)委員會(huì)將之前四年的研究發(fā)現(xiàn)整理成文。
盧瑟福在曼徹斯特為查德威克提供了兼職的教學(xué)工作，讓他能夠繼續(xù)研究。他研究過(guò)鉑、銀與銅的核電荷，并在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)它們與原子數(shù)基本一致，誤差在1.5 %之內(nèi)。盧瑟福于1919年4月出任劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的主任，查德威克則在數(shù)月后與他匯合。查德威克于1920年獲頒克拉克·麥克斯韋獎(jiǎng)學(xué)金，并于劍橋大學(xué)岡維爾與凱斯學(xué)院注冊(cè)成為博士生。他論文的上半部是有關(guān)原子數(shù)的研究，而下半部則是關(guān)于原子核內(nèi)核力的研究。他于1921年6月獲頒博士學(xué)位。他于同年11月獲聘為岡維爾與凱斯學(xué)院的院士。
研究員劍橋
卡文迪什實(shí)驗(yàn)室是物理學(xué)中不少重大發(fā)現(xiàn)的起源地。由德文縣公爵（卡文迪什是他的姓氏）于1874年建立，其第一任教授為詹姆斯·克拉克·麥克斯韋
查德威克的克拉克·麥克斯韋獎(jiǎng)學(xué)金于1923年期滿，而下一位領(lǐng)得這份獎(jiǎng)學(xué)金的是俄羅斯物理學(xué)家彼得·卡皮察。英國(guó)科學(xué)及工業(yè)研究部咨詢委員會(huì)主席威廉·麥考密克爵士安排查德威克出任盧瑟福的助理研究主任。這個(gè)職位的其中一項(xiàng)工作，就是協(xié)助盧瑟福挑選博士生。之后幾年的博士生包括了約翰·考克饒夫、諾曼·費(fèi)瑟和馬克·奧利凡特，他們后來(lái)都成了查德威克的親密好友。由于很多學(xué)生都不知道自己想要研究什么，所以盧瑟福與查德威克會(huì)為他們建議研究課題。其任內(nèi)實(shí)驗(yàn)室新完成的所有論文都交由查德威克編輯。
查德威克于1925年邂逅愛(ài)琳·斯圖爾特-布朗，她父親是利物浦一名證券經(jīng)紀(jì)員。兩人于1925年8月成婚，伴郎是卡皮察。夫婦于1927年2月生下一對(duì)孿生女兒，名為祖安娜和朱迪斯。
在研究中，查德威克繼續(xù)探究原子核。自旋在1925年被發(fā)現(xiàn)，這個(gè)概念讓物理學(xué)家成功解釋塞曼效應(yīng)，但同時(shí)亦產(chǎn)生了解釋不了的反常現(xiàn)象。當(dāng)時(shí)認(rèn)為原子核是由質(zhì)子與電子所構(gòu)成的，例如氮的質(zhì)量數(shù)為14，因此按當(dāng)時(shí)的理解，假定氮的原子核是由14個(gè)質(zhì)子與7個(gè)電子。從這個(gè)構(gòu)成可以得出正確的質(zhì)量與電荷，但自旋卻不對(duì)。
在1928年劍橋的β粒子與伽馬射線的研討會(huì)中，查德威克重遇蓋革。蓋革帶來(lái)了新改良的蓋革計(jì)數(shù)器，是由他的博士后學(xué)生瓦爾特·米勒所改良的。戰(zhàn)后查德威克就再也沒(méi)有用過(guò)蓋革計(jì)數(shù)器了，而當(dāng)時(shí)劍橋在用的技巧倚賴閃爍現(xiàn)象，觀測(cè)時(shí)需要靠人眼去看，所以引入新的蓋革-米勒計(jì)數(shù)器可能對(duì)實(shí)驗(yàn)室而言是一大進(jìn)步。但主要決點(diǎn)在于它同時(shí)探測(cè)到α、β及伽馬輻射，而卡文迪什實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)上使用的一般是鐳，但鐳會(huì)同時(shí)發(fā)射這三種射線，因此并不適合查德威克原本想要使用的用途。然而，釙只會(huì)發(fā)射α射線，而莉澤·邁特納從德國(guó)給查德威克送了0.5微居里（約0.5 μg）的釙。
瓦爾特·博特和他的學(xué)生赫伯特·貝克在德國(guó)用釙的α射線去轟擊鈹，從而得到一種不尋常的輻射。查德威克讓他領(lǐng)有萬(wàn)國(guó)工業(yè)博覽會(huì)獎(jiǎng)學(xué)金的澳洲學(xué)生休·韋布斯特，去復(fù)制他們的結(jié)果。多年來(lái)查德威克和盧瑟福在理論中假定了一種假想粒子，叫中子，它是沒(méi)有電荷的假想核子，對(duì)查德威克而言，這種新的輻射就是中子存在的證據(jù)。費(fèi)瑟在1932年2月促使查德威克去注意另一項(xiàng)出乎意料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。弗雷德里克和伊雷娜·約里奧-居里用釙和鈹所得的輻射成功將石蠟的質(zhì)子擊走，他們認(rèn)為這種輻射是伽馬射線。但盧瑟福與查德威克并不同意這點(diǎn)；他們認(rèn)為質(zhì)子對(duì)伽馬射線而言實(shí)在太重了。但中子只需少量的能量就能達(dá)到相同的效果。遠(yuǎn)在羅馬的埃托雷·馬約拉納也得出同樣的結(jié)論：約里奧-居里夫婦發(fā)現(xiàn)了中子卻不知道。
為了能集中精神證明中子的存在，查德威克推掉了所有的職務(wù)進(jìn)行研究，不時(shí)在深夜工作。他設(shè)計(jì)了一套簡(jiǎn)單的儀器，是一條圓柱體，里面裝著作為射線來(lái)源的釙和作為轟擊目標(biāo)的鈹。然后把所得的輻射指向各種物料，如石蠟；然后被擊中的粒子，即質(zhì)子，會(huì)進(jìn)入小的離子室，可以用示波器觀測(cè)到里面的質(zhì)子。
歐內(nèi)斯特·盧瑟福爵士的實(shí)驗(yàn)室
在開(kāi)始中子實(shí)驗(yàn)后只有兩星期的1932年2月，查德威克向《自然》發(fā)了一篇快報(bào)，題為《論中子存在的可能性》。他在5月將發(fā)現(xiàn)的詳細(xì)內(nèi)容以論文的形式在皇家學(xué)會(huì)報(bào)告A系列發(fā)表，題為《論中子的存在》。他的發(fā)現(xiàn)是對(duì)核子理解的里程碑。讀完查德威克的論文后，愛(ài)德華·卡姆登和羅伯特·巴徹意識(shí)到若中子的自旋為1/2，且氮是由七個(gè)質(zhì)子及七個(gè)中子組成的話，就能解釋當(dāng)時(shí)理論中與實(shí)驗(yàn)不符之處，例如氮的自旋。
理論物理學(xué)家尼爾斯·玻爾和維爾納·海森堡堅(jiān)信中子一定是核子，而不是質(zhì)子─電子對(duì)。查德威克在論文中估算中子約重1.0067 u。由于質(zhì)子與電子加起來(lái)則重1.0078 u，因此意味著束縛力約為2 MeV，而這個(gè)大小聽(tīng)上去合理。之后，一名納粹德國(guó)的難民兼卡文迪什實(shí)驗(yàn)室研究生莫里斯·戈德哈勃，提出氘的光致蛻變可由伽馬射線引發(fā)：
查德威克和戈德哈勃試驗(yàn)過(guò)，并發(fā)現(xiàn)這是可行的[38][39]。他們量度出質(zhì)子的動(dòng)能為1.05 MeV，那么方程中唯一未知的質(zhì)量就是中子的質(zhì)量。查德威克計(jì)算出的中子質(zhì)量在1.0077與1.0086原子質(zhì)量單位之間。經(jīng)由用α粒子轟擊硼，弗雷德里克和伊雷娜·約里奧-居里得出較高的中子質(zhì)量值，但歐內(nèi)斯特·勞倫斯在加州大學(xué)的隊(duì)伍則得出較低的中子質(zhì)量值。其后的實(shí)驗(yàn)證明了約里奧-居里夫婦的數(shù)值最佳。中子的質(zhì)量太大，不可能是質(zhì)子─電子對(duì)，因此必須是其他東西，這樣同時(shí)支持了玻爾和海森堡的理論，即中子是一種新的核子。為表?yè)P(yáng)他對(duì)中子的發(fā)現(xiàn)，查德威克于1932年獲英國(guó)皇家學(xué)會(huì)授予舒爾茲獎(jiǎng)?wù)拢?935年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，1950年獲科普利獎(jiǎng)?wù)录?951年獲富蘭克林獎(jiǎng)?wù)隆?span style="display:none">ilw物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
由于查德威克發(fā)現(xiàn)了中子，因此在實(shí)驗(yàn)室合成比鈾重的元素變得可行，這種合成是通過(guò)慢中子捕獲及其后的β衰變來(lái)完成的。跟α粒子不同的是，中子不帶電荷，而α粒子則帶正電荷，因此會(huì)被其他原子核的電力排斥，而中子則不需穿越這樣的一個(gè)庫(kù)侖障壁，并因此甚至能夠穿透及進(jìn)入最重的原子核（例如鈾）。這點(diǎn)啟發(fā)了恩里科·費(fèi)米去研究中子及原子核碰撞所帶來(lái)的核反應(yīng)，最終費(fèi)米憑這項(xiàng)研究獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。查德威克在1914年所報(bào)告的β輻射連續(xù)能譜，于1930年由沃爾夫?qū)づ堇柚硪环N中性假想粒子解決，這種粒子在1934年被費(fèi)米命名為中微子。
利物浦
利物浦大學(xué)的“紅磚”維多利亞樓
英國(guó)陷入大蕭條后，政府對(duì)科學(xué)領(lǐng)域的撥款日漸縮水。與此同時(shí)，勞化斯新發(fā)明的回旋加速器很可能對(duì)實(shí)驗(yàn)核物理學(xué)帶來(lái)革命性的發(fā)展，查德威克覺(jué)得卡文迪什實(shí)驗(yàn)室有必要添置這種儀器以免落人后塵。但盧瑟福堅(jiān)持認(rèn)為，這些龐大而又貴重的設(shè)備并非做好實(shí)驗(yàn)核物理的必要條件，所以回絕了購(gòu)買申請(qǐng)，這讓身為下屬的查德威克深感惱火。
查德威克本人總的來(lái)說(shuō)是大科學(xué)的批判者，他尤其對(duì)勞倫斯不滿，認(rèn)為他的手法輕率，以科學(xué)之名謀取技術(shù)。勞倫斯在1933年的索爾維會(huì)議提出一項(xiàng)假想，他聲稱存在一種帶無(wú)限能量的新未知粒子，那時(shí)查德威克則回應(yīng)說(shuō)這更有可能只是出于設(shè)備污染而已。勞倫斯回到伯克利重新檢查結(jié)果，不料發(fā)現(xiàn)查德威克是正確的，與此同時(shí)，盧瑟福與奧利凡特在卡文迪什的研究發(fā)現(xiàn)氘能透過(guò)聚變生成氦-3，由此引起勞倫斯所觀測(cè)到的訊號(hào)。這是一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)，但奧利凡特-盧瑟福粒子加速器當(dāng)年是昂貴的先進(jìn)設(shè)備。
查德威克于1935年3月受到了位于她太太老家的利物浦大學(xué)的邀請(qǐng)，希望他能出任里昂·瓊斯講座教授，接替退休的萊昂內(nèi)爾·韋布福斯。當(dāng)時(shí)那里實(shí)驗(yàn)室過(guò)時(shí)到還在用直流電運(yùn)作，但查德威克把握了這個(gè)機(jī)會(huì)，于1935年10月1日就任。諾貝爾委員會(huì)在他就任后不久的1935年11月宣布查德威克獲得該年的物理學(xué)獎(jiǎng)，因此提升了新任職大學(xué)的聲譽(yù)。查德威克的諾貝爾獎(jiǎng)?wù)掠?014年在拍賣中以329,000美元之價(jià)售出。
查德威克著手為利物浦添置回旋加速器。他首先用700英鎊將過(guò)時(shí)的利物浦實(shí)驗(yàn)室翻新，這樣就能在實(shí)驗(yàn)室自制一些元件。他成功說(shuō)服大學(xué)提供2,000英鎊，又從英國(guó)皇家學(xué)會(huì)取得另外2,000英鎊的撥款。為了建造回旋加速器，查德威克帶來(lái)了兩名年青的專家，伯恩哈德·金賽和哈羅德·瓦爾克，他們都曾在加州大學(xué)與勞倫斯工作過(guò)。一家本地的電纜生產(chǎn)商捐出了線圈所需的銅電導(dǎo)體。回旋加速器的50公噸磁鐵則由位于曼徹斯特近郊的都城-維克斯公司制造，而真空室也是由這家公司制造[54]。回旋加速器于于1939年7月安裝完成并開(kāi)始運(yùn)作。總費(fèi)用為5,184英鎊，比查德威克從大學(xué)及皇家學(xué)會(huì)領(lǐng)回來(lái)的多，因此余下的查德威克用他的諾貝爾獎(jiǎng)金支付，該筆獎(jiǎng)金全數(shù)為159,917瑞典克朗（8,243英鎊）。
利物浦的醫(yī)學(xué)院與理學(xué)院之間有著緊密的合作。查德威克自動(dòng)成為這兩所學(xué)院的委員，而他在1938年獲聘入由德比縣伯爵帶領(lǐng)的委員會(huì)，調(diào)查利物浦治療癌癥的安排。查德威克預(yù)料37英寸回旋加速器所生產(chǎn)的放射性同位素及中子，將會(huì)用于生化過(guò)程的研究，及可能成為對(duì)抗癌癥的武器。
第二次世界大戰(zhàn)
合金管及鈾引爆軍事應(yīng)用委員會(huì)報(bào)告
奧托·哈恩和弗利茲·斯特拉斯曼在德國(guó)以中子轟擊鈾，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物中出現(xiàn)一種較輕的元素鋇。而至當(dāng)時(shí)為止，這種過(guò)程只會(huì)生成同樣重或較重的元素。邁特納和她的外甥奧托·羅伯特·弗里施于1939年1月發(fā)表了一篇解釋這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的論文，震驚了物理學(xué)界。他們用了玻爾的液滴模型，來(lái)說(shuō)明鈾在中子的轟擊下是如何分成兩塊大致相等的碎片，他們把這個(gè)過(guò)程叫做裂變。他們計(jì)算出這個(gè)過(guò)程所釋放的能量約為200 MeV，即是比化學(xué)反應(yīng)的能量要大上好幾過(guò)數(shù)量級(jí)，而弗里施很快就用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了他們的理論。不久之后哈恩就指出如果裂變中會(huì)釋放出中子的話，那么就有可能形式鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。法國(guó)科學(xué)家皮埃爾·約里奧、漢斯·馮·哈爾班和列夫·科瓦爾斯基很快就核實(shí)了每次裂變確實(shí)會(huì)生成多于一個(gè)中子。玻爾在一份與美國(guó)物理學(xué)家約翰·惠勒合作撰寫(xiě)的論文中，闡明同位素鈾-235較有可能產(chǎn)生裂變，而鈾-235只占天然鈾的0.7%。
英國(guó)的核心物理學(xué)家。由左至右：威廉·彭尼、奧托·弗里施、魯?shù)婪颉づ鍫査购图s翰·考克饒夫。他們佩戴著自由勛章。
查德威克并不相信1939年會(huì)有可能再與德國(guó)開(kāi)戰(zhàn)，于是他把家人帶到瑞典北部一個(gè)遙遠(yuǎn)的湖邊渡假。因此第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)的消息對(duì)他來(lái)說(shuō)是一大震驚。決心不要在拘留營(yíng)中渡過(guò)戰(zhàn)爭(zhēng)，查德威克以最快的速度前往斯德哥爾摩，但當(dāng)他與家人到達(dá)時(shí)，所有連接斯德哥爾摩與倫敦的空中交通已被中止。他們一家最終乘坐不定期貨船回到英國(guó)。當(dāng)他到達(dá)利物浦時(shí)，他碰到一名從波蘭來(lái)作回旋加速器研究的博士后研究員約瑟夫·羅特布拉特，由于從波蘭來(lái)的撥款斷了，所以他衣食無(wú)著。查德威克隨即聘任羅特布拉特為講師，盡管他當(dāng)時(shí)的英語(yǔ)很差。
查德威克于1939年10月收到一封從科學(xué)及工業(yè)研究部部長(zhǎng)愛(ài)德華·阿普爾頓爵士的信件，請(qǐng)教他對(duì)原子彈可行性的意見(jiàn)。查德威克謹(jǐn)慎地回了信。他并沒(méi)有排除原子彈的可能性，但是他還是很詳細(xì)地考慮了各個(gè)在理論及實(shí)踐上的有關(guān)難處。查德威克決定與羅特布拉特去進(jìn)一步研究氧化鈾的性質(zhì)[66]。奧托·弗里施和伯明翰大學(xué)的魯?shù)婪颉づ鍫査乖?940年3月于發(fā)表了一篇重新考慮原子彈理論問(wèn)題的論文，這就后來(lái)的《弗里施-佩爾斯備忘錄》。他們考慮的不是鈾金屬，而是一塊球狀的純鈾-235所會(huì)發(fā)生的事，并發(fā)現(xiàn)不單會(huì)形成鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，而且所需的鈾-235可以少至1公斤，就能發(fā)揮數(shù)公噸炸藥的威力。
被倫敦大轟炸摧毀的利物浦局部
在防空科學(xué)調(diào)查委員會(huì)的轄下組成了特別委員會(huì)去進(jìn)一步研究此事，名為穆德委員會(huì)。主席為喬治·湯姆孫，創(chuàng)會(huì)委員包括查德威克，還有馬克·奧利凡特、約翰·考克饒夫和菲利浦·穆恩。其他小組在研究鈾濃縮的同時(shí)，查德威克在利物浦的小組則專注于斷定鈾-235的核截面。到1941年9月，已經(jīng)確定了鈾-235的臨界質(zhì)量可能在8公斤或以下。而在他研究這個(gè)課題的同時(shí)，納粹德國(guó)空軍幾乎沒(méi)有中斷地轟炸利物浦實(shí)驗(yàn)室的周圍，因此事情變得復(fù)雜化；由于窗戶一而再再而三地被炸掉，所以只好把玻璃窗換成紙板窗。
查德威克于1941年被選定為鈾引爆軍事應(yīng)用委員會(huì)報(bào)告最后一稿的作者，而萬(wàn)尼瓦爾·布什向美國(guó)總統(tǒng)富蘭克林·德拉諾·羅斯福匯報(bào)了這份報(bào)告后，啟迪了美國(guó)政府去豪擲數(shù)百萬(wàn)美元來(lái)開(kāi)發(fā)原子彈。喬治·佩格拉姆和哈羅德·尤里到訪英國(guó)視察其開(kāi)發(fā)計(jì)劃（即后來(lái)的合金管工程）的情況，那時(shí)查德威克就已經(jīng)能夠?qū)λ麄冋f(shuō)：“我真希望可以告訴你們?cè)訌棽豢尚校椰F(xiàn)在有九成把握它會(huì)成功。”
格雷厄姆·法梅洛在最近一本關(guān)于原子彈計(jì)劃的書(shū)寫(xiě)道，“沒(méi)有科學(xué)家比查德威克更盡力為丘吉爾造原子彈……這次考驗(yàn)把查德威克推到幾近崩潰的邊緣[73]”，查德威克擔(dān)憂至不能入睡，只好靠安眠藥入睡，而他差不多余生都在服安眠藥。查德威克后來(lái)說(shuō)他意識(shí)到“原子彈不單是可行的──而且是無(wú)可避免的。遲早我們不會(huì)覺(jué)得這些主意奇怪。此后不久每個(gè)人都會(huì)在想這些主意，最后總會(huì)有國(guó)家將之付諸實(shí)行[74]”。赫爾曼·邦迪爵士指出還好當(dāng)時(shí)英國(guó)的首席物理學(xué)家是查德威克，而不是盧瑟福，因?yàn)榉駝t盧瑟福的聲望很可能會(huì)蓋過(guò)查德威克對(duì)原子彈前景“向前看”的主張。
曼哈頓計(jì)劃
出席1943年第一次魁北克會(huì)議的（左起）麥肯齊·金、富蘭克林·德拉諾·羅斯福和溫斯頓·丘吉爾。
查德威克一家為了讓孿生女兒免于高空轟炸中受難，所以讓她們加入政府的疏散計(jì)劃前往加拿大。而查德威克則認(rèn)為在英國(guó)設(shè)置同位素分離廠比較適合，所以并不愿意把管合金計(jì)劃遷往加拿大。但這場(chǎng)計(jì)劃之浩大到了1942年時(shí)就變得更加明顯：一座同位素分離廠的試點(diǎn)就要價(jià)超過(guò)一百萬(wàn)英鎊，這個(gè)價(jià)格就已經(jīng)足夠讓英國(guó)的資金感到吃力，但這還不是全套的同位素分離廠，而全套的價(jià)格約在二百五十萬(wàn)英鎊左右。因此一定要在美國(guó)興建[78]。與此同時(shí)英方已經(jīng)確信這個(gè)計(jì)劃必需有跨國(guó)的合作，而美方的進(jìn)度超前，使得與英方的合作看起來(lái)并不是如此的重要，盡管美方還是渴望可以利用查德威克的才干。
合作一事必需經(jīng)過(guò)最高長(zhǎng)官的同意。英國(guó)首相溫斯頓·丘吉爾與美國(guó)總統(tǒng)羅斯福于1943年9月簽訂魁北克協(xié)定，恢復(fù)英國(guó)、美國(guó)與加拿大三國(guó)間的合作。管合金工程負(fù)責(zé)人華萊士·埃克斯派遣查德威克、奧利凡特、佩爾斯與弗朗西斯·西蒙前往美國(guó)協(xié)助曼哈頓計(jì)劃。魁北克協(xié)定確立了一個(gè)新的聯(lián)合政策委員會(huì)，負(fù)責(zé)指揮聯(lián)合計(jì)劃。由于美方不喜歡埃克斯，所以由查德威克出任聯(lián)合政策委員會(huì)的技術(shù)顧問(wèn)，以及英方代表。
查德威克讓羅特布拉德留在利物浦當(dāng)負(fù)責(zé)人，自己則于1943年11月開(kāi)始視察曼哈頓計(jì)劃的各處設(shè)施，而唯一沒(méi)去的是生產(chǎn)钚的漢福達(dá)奇，因?yàn)槊婪讲粶?zhǔn)他看。他成為了除格羅夫斯和他的副手以外唯一一個(gè)可以進(jìn)入美國(guó)所有鈾原子彈研究及生產(chǎn)設(shè)施的人。查德威克在視察過(guò)位于田納西州橡樹(shù)嶺K-25氣體擴(kuò)散設(shè)施之后，意識(shí)到他之前想要在戰(zhàn)時(shí)英國(guó)興建這種廠房是多么錯(cuò)的一件事。那種大小的廠房是不可能避過(guò)納粹德國(guó)空軍的注意。他在1944年初與妻子和現(xiàn)在帶加拿大口音的孿生女兒遷往新墨西哥州的洛斯阿拉蒙斯[82]。由于保安理由，所以他有個(gè)假名，叫詹姆斯·查菲。
查德威克（左）與曼哈頓計(jì)劃的總指揮萊斯利·理查德·格羅夫斯少將
查德威克認(rèn)同美方不需要英方的幫助，但能讓計(jì)劃提早及成功完成終究還是有用的。他與曼哈頓計(jì)劃的總指揮萊斯利·理查德·格羅夫斯少將緊密合作，同時(shí)又盡其所能去支援這個(gè)計(jì)劃。他亦盡力安置英國(guó)科學(xué)家參與盡量多的計(jì)劃范疇，這樣做是為了促進(jìn)他有份的英國(guó)戰(zhàn)后核武器計(jì)劃。格羅夫斯經(jīng)查德威克給某科學(xué)家加入曼哈頓計(jì)劃的邀請(qǐng)，都會(huì)被其現(xiàn)正任職的公司、政府部門或大學(xué)立即拒絕，但是最終都因?yàn)楣芎辖饟碛薪^對(duì)人事優(yōu)先權(quán)而克服。因此，英國(guó)團(tuán)隊(duì)對(duì)計(jì)劃的成功有著決定性的功勞。
盡管查德威克對(duì)計(jì)劃所知的比任何一個(gè)英國(guó)來(lái)的人都要多，但是他還是無(wú)法進(jìn)入漢福達(dá)奇。波特爾子爵于1946年獲邀參觀漢福達(dá)奇，“這是唯一一個(gè)查德威克不能進(jìn)入的廠區(qū)，于是他這時(shí)就問(wèn)格羅夫斯他能否陪同波特爾。格羅夫斯回答說(shuō)可以，但是如果他去的話，‘波特爾不會(huì)看到很多。”由于他的功勞，所以他在1945年1月1日的新年授勛及嘉獎(jiǎng)中獲冊(cè)封為爵士。他認(rèn)為這是對(duì)整個(gè)管合金工程成果的肯定。
查德威克在1945年初的大部分時(shí)間都在華盛頓哥倫比亞特區(qū)，因此他的家人于1945年4月從洛斯阿拉蒙斯搬遷至華盛頓杜邦圓環(huán)上的一所房子。英國(guó)元帥亨利·梅特蘭·威爾遜在同年7月4日的聯(lián)合政策委員會(huì)會(huì)議上代表英國(guó)同意向日本投擲原子彈，那時(shí)查德威克也在場(chǎng)。原子彈的彈芯里有一個(gè)釙─鈹中子源點(diǎn)火器，而查德威克在十多年前也用過(guò)同樣的技術(shù)來(lái)發(fā)現(xiàn)中子，只是點(diǎn)火器的技術(shù)經(jīng)過(guò)改良而已。《紐約時(shí)報(bào)》曼哈頓計(jì)劃記者威廉·萊納德·羅倫斯寫(xiě)道：“歷史在他之前還沒(méi)有人能活著見(jiàn)到自己的發(fā)現(xiàn)實(shí)體化時(shí)會(huì)從此改變?nèi)祟惖拿\(yùn)。”
晚年
戰(zhàn)后不久，查德威克獲任命為原子能咨詢委員會(huì)委員。他亦獲任命為聯(lián)合國(guó)原子能委員會(huì)的英國(guó)科學(xué)顧問(wèn)。他與原子能咨詢委員會(huì)同事帕特里克·布萊克特的意見(jiàn)沖突，因?yàn)樗徽J(rèn)同查德威克主張英國(guó)需要自己的原子彈；但查德威克的立場(chǎng)最終獲得接納。他于1946年回到英國(guó)，那時(shí)英國(guó)仍被戰(zhàn)時(shí)配給及短缺所困擾。
利物浦大學(xué)校長(zhǎng)詹姆斯·芒福德在日記中表示，自己“從未見(jiàn)過(guò)一個(gè)（像查德威克那樣）‘身心俱疲的人’”，因?yàn)椤八诘赖聸Q策的泥潭中所陷如此之深，對(duì)于那些更為幸運(yùn)的人們來(lái)說(shuō)，這種深度是他們從來(lái)沒(méi)有經(jīng)歷甚至想象過(guò)的……［他也因此深受其苦］……他的科學(xué)研究所產(chǎn)生的責(zé)任感也給他帶來(lái)近乎無(wú)法忍受的痛苦。”
查德威克于1949年獲邀出任岡維爾與凱斯學(xué)院的院長(zhǎng)。這個(gè)職位頗具名望，但職務(wù)范圍相當(dāng)不清；院長(zhǎng)是學(xué)院名義上的首長(zhǎng)，但權(quán)力實(shí)際上屬于院務(wù)委員會(huì)，而委員會(huì)則是由包括院長(zhǎng)在內(nèi)的十三位院士所組成。作為院長(zhǎng)，查德威克力求提高學(xué)術(shù)的學(xué)術(shù)聲譽(yù)。他將學(xué)院的研究員職位數(shù)量從31個(gè)提升至49個(gè)，并尋求人才加入學(xué)院[96]。此舉包括了多項(xiàng)具爭(zhēng)議性的措施，例如在1951年聘用中國(guó)生物化學(xué)家曹天欽[97]及生于匈牙利的經(jīng)濟(jì)學(xué)家彼得·鮑威爾。由帕特里克·哈德利帶領(lǐng)的院士們?cè)谝淮魏髞?lái)被稱為農(nóng)民起義的事件中，投票將一名查德威克的老朋友逐出院務(wù)委員會(huì)，并由鮑威爾取代其位置。更多查德威克的朋友在往后的幾年遭到開(kāi)除，他本人也于1958年11月退休。岡維爾與凱斯學(xué)院的博士學(xué)生弗朗西斯·克里克，和詹姆斯·沃森就是在他出任院長(zhǎng)的期間，發(fā)現(xiàn)了脫氧核糖核酸的雙螺旋結(jié)構(gòu)。
查德威克歷年來(lái)獲得多項(xiàng)榮譽(yù)，包括美國(guó)的功勛勛章和德國(guó)的功勛勛章。他在1970年1月因“科學(xué)服務(wù)”而在新年授勛及嘉獎(jiǎng)中獲名譽(yù)勛位，并到白金漢宮出席授勛儀式。他在1974年7月24日在睡夢(mèng)中去世。劍橋的丘吉爾檔案中心保留了查德威克的各樣文件，可供公眾查閱。利物浦大學(xué)的查德威克實(shí)驗(yàn)室就是以他命名的，還有在1991年作為紀(jì)念他百年誕辰活動(dòng)的一部分，利物浦大學(xué)設(shè)立了詹姆斯·查德威克爵士實(shí)驗(yàn)物理學(xué)講座教授一職。月球上有一個(gè)以他命名的查德威克環(huán)形山。英國(guó)原子能的官方歷史學(xué)家蘿娜·阿諾德德將他形容為“一個(gè)物理學(xué)家，一個(gè)科學(xué)外交家，同時(shí)又是一個(gè)既有智慧又有高尚道德的好人。”