طرح ساده اي از كاوشگر SNAP (كاوشگر ابرنواختر ـ شتاب)
پائول پروس
ترجمه: سليمان فرهاديان
شواهد جديد نشان مي دهد كه جهان با شتاب فزاينده اي در حال انبساط است. بنابر اين اطلاعات بايد اذعان كرد يك نوع ناشناخته از انرژي باعث اين شتاب فزاينده در انبساط جهان شده است. شايد بتوان گفت اين «انرژي سياه» كه باعث انبساط جهان مي شود «يكي از مهم ترين اسرار بنيادي در علوم پايه» است. به نظر مي رسد نوري كه از ستارگان در حال انفجار دوردست مي رسد، نشانه هايي با خود دارد كه شايد بتواند در حل اين معما كمك كند. پرسشي كه هم اكنون پيش روي ما قرار گرفته اين است كه: ماهيت انرژي سياه كه در تمام جهان وجود دارد چيست؟ براي حل اين مسئله فيزيكدانان، اخترشناسان و مهندسان آزمايشگاه بركلي ضمن تشريك مساعي با همكاران خود در دانشگاه كاليفرنيا و ساير موسسات تحقيقاتي درصددند تا ماهواره اي به نام SNAP(كاوشگر ابرنواختر / شتاب) را در مدار قرار دهند. فرانك ولزك از انستيتو تحقيقاتي ماساچوست ضمن تشريح فعاليت سازمان هاي مختلف براي حل اين مشكل مي گويد دپارتمان انرژي با تقبل هزينه هاي تحقيقاتي بخش فيزيك آزمايشگاه بركلي به مدت يك سال بودجه يك طرح تحقيقاتي را تامين كرده است. قرار است در اين طرح با كشف اسرار بنيادي علوم پايه پرده از رازهاي كيهان برداشته شود، چرا كه به گفته مايكل ترنر از دانشگاه شيكاگو اين مسئله «مهم ترين معضل فيزيك نظري» است. قرار است ماهواره SNAP يك تلسكوپ ۲ متري بازتابشي سه آينه اي را به ارتفاعات بالاي مدار زمين منتقل نمايد. اين تلسكوپ هر دو هفته يك بار زمين را دور خواهد زد. اين ماهواره ضمن عكسبرداري مرتب از قسمت هاي مختلف آسمان حدود دو هزار ابرنواختر را طي يك سال كشف خواهد كرد كه اين تعداد ۲۰ مرتبه بيشتر از تعداد ستارگان در حال انفجار منحصر به فردي است كه مي توانستيم طي يك دهه در مراكز و پايگاه هاي تحقيقاتي زميني تهيه كنيم. اين ستارگان در حال انفجار شواهد بسيار مهمي براي كشف راز انرژي سياه محسوب مي شوند. بررسي اين نوع ابرنواخترها كه در مركز كيهان شناسي بين المللي ابرنواخترها در آزمايشگاه بركلي و مركز تحقيقات ابرنواختر استراليا انجام شد به نتايج جالب توجهي منجر شد كه در سال ۱۹۹۸ دستاوردهاي آن اعلام شد. براساس اين بررسي مشخص شد كه جهان با شتاب فزاينده اي در حال انبساط است، به همين دليل مجله «ساينس» از اين دستاورد با عنوان «مهم ترين موفقيت سال» نام برد. از تلفيق اين نتايج با ساير بررسي هاي كيهان شناختي همانند MAXLMA,BOOMERANG كه بر پايه تجزيه و تحليل تابش پس زمينه ريز موج كيهاني كار مي كنند، مشخص شد كه اطلاعات به دست آمده از ابرنواخترها مويد اين نكته است كه جهان از لحاظ هندسي «مسطح» است و حدود دو سوم از چگالي آن به دليل يك نوع از انرژي ناشناخته است كه باعث انبساط جهان مي شود. براي تاييد اين اطلاعات SNAP بايد بسياري از اين نوع ابرنواخترها را در جابه جايي قرمز Redshift بزرگ تر از آنچه كه تاكنون مشاهده شده است، كشف كند.
از آنجايي كه ميزان توانايي SNAP براي اندازه گيري ميزان انحناء و طيف هاي نور بسيار زياد است، عدم قطعيت هاي مربوط به درخشندگي و جابه جايي قرمز ابرنواخترهاي بسيار دوردست به حداقل ممكن كاهش مي يابد.
SNAP با تجهيزات نوري پيشرفته اي كه دارد به عنوان يك ابزار اندازه گيري بسيار دقيق عمل خواهد كرد. قسمت هاي مختلف اين ماهواره عبارتند از:
• يك دوربين با قدرت ديد يك ميليارد پيكسل CCD و ميدان ديد يك درجه مربع و بازدهي كوانتمي بالاي هشتاد درصد، كه مي تواند طول موج هاي بين ۳۵۰ نانومتر تا يك ميكرومتر را در بر گيرد.
• يك دوربين تصويربرداري زيرقرمز با ميدان ديد عالي.
• يك طيف سنج حساس به طول موج هاي ماوراء بنفش نزديك تا زيرقرمز نزديك.
پاسخ اغلب تجهيزات اخترشناسي كه فعلاً مورد استفاده قرار مي گيرند نسبت به نور قرمز و زيرقرمز بسيار ضعيف است و نمي توان آن ها را به يكديگر اتصال داده و به صورت آرايه اي از تجهيزات مختلف مورد استفاده قرارداد. اما SNAP برخلاف تجهيزاتي كه فعلاً مورد استفاده قرار مي گيرند از ابزارهاي پيشرفته اي همانند دوربين ها و طيف سنج هاي با حساسيت بالا كه توسط آزمايشگاه بركلي ابداع شده است و همچنين از آشكارسازي ويژه فيزيك انرژي بالا استفاده مي كند.
اين تجهيزات را مي توان طوري با يكديگر ارتباط داد كه يك شبكه بسيار وسيع را تشكيل دهند تا حساسيت آن ها نسبت به نور زيرقرمز زياد شده و ابزار ايده آلي را براي يافتن ابرنواخترهاي دوردست با جابه جايي سرخ بالا به وجود آيد.
مقدمات اكتشاف
طي ساليان طولاني طرح هاي كيهان شناختي مربوط به ابرنواخترها توسط دپارتمان انرژي، بنياد ملي علوم و ناسا مورد حمايت قرار مي گرفت، كه طي اين طرح ها انبساط جهان با استفاده از جابه جايي سرخ و درخشندگي ابرنواخترهاي دوردست مورد مطالعه قرار مي گرفت. اين ابرنواخترها ـ ستارگاني كه طي يك فرآيند گرما هسته اي منفجر شده و نورشان ممكن است از كل كهكشان هم بيشتر باشد ـ مي توانند به عنوان يك «شمع استاندارد» براي تحقيق درباره وضعيت جهان مورد استفاده قرار گيرند.
نور آنان كه طي حركت مسيري منحني را مي پيمايد، تا حدود بسيار زيادي به يكديگر شبيه است و آن قدر درخشنده هستند كه مي توانيم آن ها را از وراي ميلياردها سال نوري مشاهده كنيم. تا سال ۱۹۸۸ چندين نمونه از اين ابرنواخترها مورد بررسي قرار گرفت و جزييات آن به دقت تجزيه و تحليل شد به طوري كه دانشمندان طرح كيهان شناسي ابرنواخترها و همكارانشان در مركز ابرنواخترها در استراليا در مورد چگونگي انبساط جهان به نتيجه نهايي رسيدند. آنان مطمئن شدند كه برخلاف نظريات رايج كه ابراز مي كرد سرعت انبساط جهان در حال كاهش است، جهان با سرعت فزاينده اي منبسط مي شود.
جابه جايي قرمز و انبساط جهان
همان طور كه نور در مسير خود به حركت در فضا ادامه مي دهد، فضا نيز به نوبه خود منبسط مي شود. نتيجه نهايي اين اثر آن است كه امواج نور كشيده شده و نور آن ها به سمت انتهاي قرمز طيف منتقل مي شود. در حقيقت نوري كه از كهكشان هاي بسيار دوردست به ما مي رسد مسافرتي چند ميليارد ساله را پشت سر گذاشته است و بنابراين تصوري از جهان را در زمان هاي بسيار دور، يعني زماني كه عمر جهان فقط چند درصد عمر فعلي آن بود، در اختيار ما قرار مي دهد. اگر قرار بود كه انبساط جهان تحت اثر گرانش با شتاب كند شونده اي صورت گيرد، آن وقت ابرنواخترهاي كهكشان هاي دوردست مي بايست از آنچه كه جابه جايي سرخ نشان مي دهد، درخشان تر و نزديك تر باشند. اما ابرنواخترهايي را كه ما در فاصله هاي بسيار دور مشاهده مي كنيم چيز ديگري را براي ما بيان مي كند. در جابه جايي سرخ بالا، فواصل دوردست، تاريك تر از آن چيزي به نظر مي رسند كه اگر قرار بود انبساط جهان با شتاب كند شونده صورت گيرد، يعني آن ها بايد در مكاني دورتر از آنچه كه جابه جايي سرخ مورد نظر بيان مي كند قرار داشته باشند و اين خود شاهد بسيار خوبي است بر اين كه انبساط جهان با سرعت فزاينده اي رخ مي دهد.
ثابت كيهان شناسي
در مراحل ابتدايي تشكيل گيتي كه جهان بسيار چگال و ماده بسيار متراكم بود، جاذبه گرانشي بسيار قوي بين ذرات ماده حاكم بود و در نتيجه انبساط جهان با سرعت بسيار كمي انجام مي شد. اما امروزه به دليل اين كه مدت هاي مديدي از شروع انبساط گذشته است اجزاي ماده از يكديگر بسيار دور شده و بنابراين چگالي جهان بسيار پايين است. در حقيقت چگالي آن به حدي كم شده است كه به نظر مي رسد فقط يك نوع انرژي سياه ناشناخته باعث انبساط سريع تر جهان شده است. انرژي سياه شايد همان چيزي باشد كه آلبرت اينشتين از آن با عنوان «ثابت كيهان شناسي» نام برده است. اين ثابت عبارت دلخواهي است كه به تئوري نسبيت عام افزوده شده است تا اطمينان حاصل شود كه آن رابطه بيانگر جهان ايستا است. هر چند كه خود آلبرت اينشتين بعدها از اين ايده دست برداشت اما شواهد دال بر انبساط شتابدار جهان كيهان شناسان را بر آن داشت كه يك بار ديگر ثابت كيهان شناسي را در روابط خود مدنظر قرار دهند. در كهكشان هاي معمولي طي هزاران سال فقط چند ابرنواختر مشاهده مي شود. اين ابرنواخترها هم آنچنان دور هستند كه فقط چند ده تا از آنان با دقت قابل قبول براي پاسخ گويي به سوالات كليدي كيهان شناسي مورد بررسي قرار گرفته اند. پيش از آنكه بتوان ماهيت واقعي انرژي را با اطمينان كامل تعيين كرد، لازم است ابرنواخترهايي با گستره وسيع تري از جابه جايي سرخ رصد شوند. در عين حال لازم است كه در اين رصدها كنترل و دقت بيشتري روي عدم قطعيت هاي سيستماتيك صورت گيرد. اكنون SNAP يا كاوشگر ابرنواختر ـ شتاب را به كار اندازيد. SNAP نه تنها قادر است در هر سال صدها ابرنواختر را كشف كند، بلكه مي تواند نور خوشه هاي كهكشاني را دريافت كرده و منابع اشعه گاما، ماده سياه، خرده سيارك ها و بسياري از ساير پديده هاي اخترشناسي را رديابي كند.
اما فعلاً مهم ترين ماموريتش اين است كه ماهيت انرژي سياه را كه باعث شتاب در انبساط جهان مي شود كشف كند. بالاخره روزي انرژي مرموزي كه دنيا را انباشته است در نوري كه از انفجار هزاران ستاره ناشي شده و از زمان هاي بسيار دور به ما مي رسد، كشف خواهد شد
First Science

ترجمه: ناصر گوهري
دانشمندان اولين محاسبه توزيع شده موفق را گزارش كردند. اكنون كه شما اين مطلب را مي خوانيد، ميليون ها كامپيوتر شخصي در سراسر دنيا، براي پيشرفت علم، در حال انجام كار هستند و محاسبات پيچيده اي را در Screensaverهاي خود انجام مي دهند. اين شاخه از اينترنت كه به محاسبات توزيع شده معروف است، در تمام زمينه ها مي تواند مورد استفاده قرار گيرد: از جست وجو براي يافتن هوش فرازميني گرفته تا توليد داروهاي درماني نوين.
براي اولين بار، يك آزمايش محاسبه توزيع شده، كه نتايج شايان توجهي داشته در يك مجله علمي چاپ شده است. دو تن از دانشمندان دانشگاه استانفورد، با كمك سي هزار كامپيوتر شخصي فرآيند شكل گيري يك نوع مولكول پروتئين را شبيه سازي كرده اند.
هر مولكول پروتئين شامل زنجيري از آمينواسيدهايي است كه بايد شكل سه بعدي خاصي به خود بگيرند تا كل مولكول در حالت طبيعي باشد. يكي از اين دو محقق مي گويد كه: شكل گيري مولكول پروتئين هنوز به صورت يك معما باقي مانده است. گاهي پروتئين ها به صورت غلط تاب مي خورند و در بعضي مواقع نيز به يكديگر متصل شده و لخته هايي در مغز ايجاد مي كنند كه اين مورد در بيماران مبتلا به آلزايمر و پاركينسون مشاهده مي شود. اينكه چگونه پروتئين ها به شكل مناسب به هم مي پيچند معمايي است كه دانشمندان اميدوار به حل آن هستند. براي يافتن جواب اين محققان متوسل به شبيه سازي كامپيوتري شدند؛ فرآيندي كه نيازمند توان محاسباتي عظيم است. علتي كه باعث مشكل بودن شبيه سازي شكل گيري پروتئين ها مي شود آن است كه اين كار به طرز شگفت آوري سريع انجام مي شود. پروتئين هاي كوچك در مدت زمان چند ميكروثانيه پيچ مي خورند. اگر بخواهيم شبيه سازي انجام دهيم كه اين چند ميكروثانيه را نشان دهد، براي هر نانوثانيه شبيه سازي كامپيوتر بايد ۲۴ ساعت كار انجام دهد. دو سال پيش يكي از اين دانشمندان Folding@home را پي ريزي كرد. در پروژه محاسبات توزيع شده بيش از ۲۰ هزار كامپيوتر شخصي شركت داشته و Screensaver آنها در اختيار پروژه شبيه سازي پروتئين قرار گرفته است.
پروژه استانفورد از جهاتي شبيه پروژه seti@home است كه به كاربران اينترنت امكان آن را مي دهد تا براي پيدا كردن زندگي هوشمندانه در جهان و دريافت اطلاعات و تجزيه و تحليل آنها اقدام كنند. وقتي يك كامپيوتر متصل به Seti@home فعال مي شود فرآيند دسته بندي اطلاعات راديوتلسكوپ را آغاز مي كند، اطلاعات دسته بندي شده به كامپيوتر مركزي پس فرستاده مي شود و اين كار به طور خودكار ادامه مي يابد. براي مثال يك دانشجوي مقطع ليسانس رشته بيوفيزيك داوطلب شده بود كه كامپيوتر او براي پيدا كردن ديناميك پيچش يك نوع مولكول پروتئين كوچك كه BBA5 ناميده مي شود، مورد استفاده قرار گيرد. در روش استفاده از چندين كامپيوتر، به هر كامپيوتر الگوي شبيه سازي خاصي كه متناسب با سرعت آن است، واگذار مي شود.
با ۳۰ هزار كامپيوتري كه در اختيار اين دو محقق بود، آنها توانستند ۳۲۵۰۰ مورد شبيه سازي انجام دهند و ۶۰۰ ميكروثانيه، اطلاعات مربوط به پيچش پروتئين را ثبت كنند. در اين شبيه سازي ها سرعت پيچش پروتئين را در مقياس زماني ،۵ ۱۰ و ۲۰ نانوثانيه به دست آوردند. با استفاده از اين نتايج دانشمندان مي توانند سرعت پيچش كامل يك پروتئين را پيش بيني كنند.
اين محققان براي اثبات نظريات خود آزمايش برخورد ليزري را پيشنهاد كردند و اين كار هم انجام شد. آزمايش برخورد ليزري به اين صورت است كه يك پروتئين تاب نخورده را در معرض تابش يك ليزر پالسي قرار مي دهند تا گرماي ناشي از ليزر مولكول را به اندازه اي گرم كند كه باعث خم شدن آن شود. در اين حالت يك آمينو اسيد فلوئورسانس را در داخل مولكول پروتئين جاي مي دهند تا پروتئين بپيچد، از تغيير فلوئورسانس براي اندازه گيري و ثبت پيچش پروتئين استفاده مي كنند.
نتايج آزمايش هاي انجام شده توسط ليزر با پيشگويي محققان همخواني خوبي داشت و اين به معني موفقيت كار آنها بود.
با استفاده از شبيه سازي كامپيوتري پيش بيني شده بود كه پيچش پروتئين در ۶ ميكروثانيه انجام مي شود و نتايج مشاهدات تجربي در آزمايشگاه زمان ۵/۶ ميكروثانيه را نشان مي دهد كه بسيار به هم نزديك هستند و اين نتايج موفقيت بزرگي براي محاسبات توزيع شده به شمار مي رود. فهميدن اينكه چگونه پروتئين ها مي پيچند باعث مي شود اطلاعات ما در مورد بعضي بيماري ها افزايش يابد.

ليندا پارتريج
ترجمه: حسن سالاري
تعداد افرادي كه موي جوگندمي دارند در جوامع صنعتي در حال افزايش است. از ۱۸۴۰ ميلادي حداكثر اميد به زندگي، حدود ۳ ماه در هر سال افزايش يافته و به نظر نمي رسد از شتاب اين روند كاسته شده باشد. مردم سالمتر به نظر مي رسند. با بهبود بهداشت و سلامتي افراد، تعداد كساني كه به سنين پيري مي رسند، افزايش يافته است. در اين سنين بيماري هاي مرتبط با سن خود را نشان مي دهند. نمونه مشخص اين بيماري ها، آلزايمر (زوال حافظه) است كه تقريبا يك قرن پيش ناشناخته بود. چنين وضعيتي براي «تحليل ماكولاي چشم» نيز صادق است. اين بيماري اكنون عامل اصلي كوري است. پيري براي ما ناخوشايند است. با وجود اين، همه پير مي شوند. اساساً چرا پيري رخ مي دهد؟
اثرات پيري در انسان واضح تر است، اما مختص انسان نيست. پيري در جمعيت هاي طبيعي رخ مي دهد و همين طور كه افراد مسن تر مي شوند، باروري آنها كاهش و احتمال مرگشان افزايش مي يابد. همه جانداران از مخمر گرفته تا پستانداران و گياهان تحت تاثير پيري قرار مي گيرند. خودروها و ماشين هاي لباسشويي نيز فرسوده مي شوند. بنابراين، به نظر مي رسد پيري نتيجه غيرقابل اجتناب پيچيدگي باشد. با وجود اين، دست كم بعضي چيزها پير نمي شوند. سلول هاي زايا پير نمي شوند. بنابراين اگر پيري اجتناب ناپذير نيست، چنين فرآيندي جهان شمول و در نهايت مرگباري بايد هدفي داشته باشد. آيا اين چنين است؟
«اگوست وايسمن» پيشنهاد كرد كه پيري مسئول پاكسازي گونه هاي پير و افراد سالخورده است كه رقابت آنان را باگونه ها و افراد جوان تر بر سر منابع غذايي كاهش مي دهد.
در اين ديدگاه، پيري به عنوان صفتي در نظر گرفته مي شود كه براي موجوديت آن نيز هدفي تعريف مي شود؛ اين صفت كه باعث تجمع ذاتي آسيب ها و تخريب ها طي يك دوره زندگي مي شود، براي آن به وجود آمده كه ميزان مرگ و مير افراد مسن را افزايش دهد. در اين ديدگاه، از صفتي سخن گفته مي شود كه فايده آن به يك گونه و نه يك فرد مي رسد. اين مفهوم نياز به توضيح بيشتري دارد.
بيشتر صفت ها و خصوصيات، مثل چشم ها و دستگاه گوارش، به اين خاطر به وجود آمده و تكامل يافته اند كه احتمال زنده ماندن و موفقيت توليد مثل صاحبانشان يا در موارد نادر، مثل غده هاي پستان، وابستگان بسيار نزديك آنان را افزايش مي دهند. براي صفتي كه فايده آن به ساير افراد گونه مي رسد، شرايط بسيار محدودي وجود دارد. از اين رو، ديدگاه فوق كه تلاش مي كند براي پيري در سطح گونه نقشي تعريف كند، اعتبار چنداني ندارد.
پيري حاصل تجمع تخريب ها و آسيب ها است و هيچ ژن ويژه اي براي ايجاد آسيب و ناتواني به وجود نيامده است. با وجود اين، ژن ها بر سرعت پيري تاثير مي گذارند. پرندگان نسبت به پستانداران هم اندازه خود، بيشتر عمر مي كنند. از اين رو، به نظر مي رسد، سرعت پيري تكامل مي يابد. گاهي جهش در بعضي ژن ها باعث افزايش طول عمر جانوران آزمايشگاهي مي شوند. بسياري از اين ژن ها شناسايي شده اند و مي دانيم كه اجزاي عادي سلول ها و دستگاه هورموني را رمز مي دهند. اما چرا انتخاب طبيعي از شكل وحشي يك ژن و نه از شكل جهش يافته آن كه باعث افزايش طول عمر مي شود، حمايت كرده است؟
اثرات ژنتيكي پيري تنها به عنوان اثر جانبي چيزي ديگر قابل درك هستند. ژن هايي كه روند پيري را آهسته مي كنند، به اين خاطر اثرات خود را اعمال مي كنند كه آنها عوامل به وجود آورنده آسيب هاي مرتبط با پيري را سركوب مي كنند. به نظر مي رسد توليدمثل يكي از اين منابع آسيب باشد، زيرا باروري اغلب طي تكامل كاهش سرعت پيري و با جهش در ژن هايي كه باعث افزايش طول عمر مي شوند، كاهش مي يابد. به نظر مي رسد منبع بعدي آسيب، غذا باشد، زيرا بسياري از ژن هايي كه پيري را آهسته مي كنند در پاسخ به تغيير سطح تغذيه دخيل هستند و كاهش غذاي دريافتي در اغلب جانداران از مخمرها گرفته تا پستانداران باعث كاهش سرعت پيري مي شود.
پيري مانند رشد و نمو فرآيندي برنامه ريزي شده نيست. هيچ برنامه ژنتيكي خاصي نيز تكامل نيافته تا از وقوع پيري در مكان و زمان مناسب اطمينان حاصل شود. درواقع، وقايع برنامه ريزي شده اي كه تحت كنترل هستند، باعث آسيب مي شوند و به پيري به عنوان يك اثر جانبي مي انجامند.
افزايش مداوم اميد به زندگي در جمعيت هاي انساني نشان مي دهد كه عمر طولاني انعطاف پذير است. اگرچه هرگونه طول عمر خاص خود را دارد، ژن ها و محيط مي توانند طول عمر را تغيير دهند.
بيشتر افزايش طول عمري كه ديده مي شود، از بهبود سلامت عمومي، مراقبت هاي پزشكي و شرايط بومي حاصل شده است. ما به تازگي به آسيب هاي مرتبط با پيري به عنوان اثر جانبي فرآيندهاي سازش پذير ديگري نگريسته ايم. اين ديدگاه ممكن است به ما امكان دهد تا اثرات بيماري ها مرتبط با پيري را همگام با كنار گذاشتن محدوديت هاي طول عمر انسان، تخفيف دهيم. در شماره هاي آتي نگاه ژرف، درباره مفاهيمي كه در اين گفتار به طور خلاصه بيان شد، بيشتر مي آموزيم.
Nature Rev Genet. ۳, ۱۶۵-۱۷۵ (۲۰۰۲)

فيزيكدان بريتانيايي (۱۹۶۴-۱۸۹۱)
Sir James Chadwick
فيزيك نوترون ۱۹۳۵
چادويك در Maccles Field به دنيا آمد و در دانشگاه منچستر به تحصيل پرداخت. در ۱۹۹۱ فارغ التحصيل شد و به عنوان دانشجوي فوق ليسانس زير نظر ارنست رادرفورد (E.Rutherford) به كارش ادامه داد. در ۱۹۱۳ به منظور كار زير نظر هانس گايگر (H.Geiger)، مخترع شمارشگر گايگر، رهسپار ليپزيك شد. در آنجا كار وي اين بود كه طيف اشعه بتاي صادر شده به وسيله اجسام راديواكتيو مختلف را كه اساساً متفاوت به نظر مي رسيدند، مطالعه كند. اين تفاوت به اين خاطر بود كه طيف آنها توزيع پيوسته اي از انرژي هاي حركتي را نشان مي داد كه تقريباً از صفر تا مقادير نسبتاً زياد را در برمي گرفت. هنوز چيزي از آغاز فعاليت وي نزد گايگر نگذشته بود كه خود را چنان يك بيگانه و دشمن يافت. كار او در پاييز همان سال ۱۹۱۴ كامل و براي انتشار آماده بود كه ناگهان جنگ جهاني اول در گرفت و او به عنوان دشمن توقيف و در تمام مدت جنگ به اردوگاه هاي اسراي جنگي اعزام شد. او در اين مدت سرما و گرسنگي را تحمل كرد. با اين حال با كمك هاي والتر نرنست (W.Nernst) اجازه يافت تا پژوهش هاي مقدماتي خود را دنبال كند.
وي در بازگشت به انگلستان در ۱۹۱۹ از سوي رادرفورد براي همكاري با دانشگاه كمبريج فراخوانده شد و از ۱۹۲۱ تا ۱۹۳۵ به عنوان دستيار مدير پژوهش هاي آزمايشگاه كاونديش به خدمت پرداخت.
در اين فاصله بود كه چادويك بزرگ ترين اكتشاف خود يعني كشف نوترون ها را در ۱۹۳۲ به ثمر رسانيد. تا پيش از اين كشف، فيزيكدانان تنها انتظار وجود دو نوع ذره بنيادي پروتون (P) با بار الكتريكي مثبت و الكترون (e) با بار الكتريكي منفي را داشتند. و بر همه روشن بود كه اين دو ذره نمي توانند در تبيين تمامي پديده هاي اتمي مشاهده شده كفايت كنند. براي مثال هسته اتم كربن كه وزن اتمي آن ۱۲ است بايد ۱۲ پروتون داشته باشد اما چون بار هسته كربن فقط ۶ است بايد ۶ بار الكتريكي منفي نيز داشته باشد و فرض بر اين بود كه بارهاي منفي به وسيله ۱۶ الكترون فراهم مي شود كه به ۱۲ پروتون پيوسته اند تا يك هسته اتم كربن را تشكيل دهند. با تمامي اينها فرض وجود الكترون ها در هسته به لحاظ نظريه كوانتوم به مشكلات بزرگي منتهي مي شد. رادرفورد در ۱۹۲۰ راه حل مشابهي را مبني بر وجود پروتون هاي بدون بار مطرح ساخت. با اين فرضيه اصلاً لزومي نداشت كه الكترون ها درون هسته اتم وجود داشته باشند و تركيب هسته كربن مثلاً مي توانست چنين نوشته شود: ۶ نوترون + ۶ پروتون = ۱۲ C. از اين رو در ۱۹۲۵ برنامه مفصلي در آزمايشگاه كاونديش به راه افتاد كه موضوع آن بيرون كشيدن نوترون ها از هسته بعضي از عناصر سبك و در نتيجه اثبات وجود آنها بود. اما چون نتايج آزمايش منفي بود، برنامه متوقف شد و اثبات وجود نوترون ها چند سالي به تاخير افتاد. در پي همين آزمايشات چادويك در طول دهه ۱۹۲۰ كوشيد تا با بمباران هسته اتم آلومينيوم توسط ذرات آلفا (هسته هليم)، نوترون ها را كشف كند. گزارش بسيار نويدبخشي كه در ۱۹۳۰ به اطلاع رسيد حكايت از آن داشت كه بمباران هسته اتم بريليم با ذرات آلفا منجر به توليد پرتوهاي بسيار نافذي مي شود. در ۱۹۳۲ بود كه ايرن و فردريك ژوليت كوري دريافتند كه عناصر سبكي مانند بريليم هنگامي كه با ذرات آلفاي سريع حاصل از پلوتونيوم بمباران شوند، تابش بسيار با نفوذي گسيل مي دارند. اين تابش با ميدان مغناطيسي منحرف نمي شود اما وقتي از موم پارافيني مي گذرد سبب بيرون اندازي پروتون هايي مي شود كه سرعت بسيار زيادي دارند. اما كوري ها نتوانستند توضيح رضايت بخشي براي توان نفوذ و انرژي زياد تابش مذكور فراهم آورند. آنها حدس مي زدند كه چنين پرتوهايي احتمالاً از پرتوهاي گاما، پرتوهاي الكترومغناطيسي با طول موج بسيار كوتاه، تشكيل مي شوند. چادويك نشان داد كه پرتوهاي گاما، پروتون ها را گسيل نمي دارند بلكه اين نتيجه تنها در صورتي قابل تبيين است كه ذرات گسيل شده جرم تقريباً مشابهي با پروتون ها اما بدون بار الكتريكي داشته باشند.
اين ذرات همان نوترون ها بودند. بدين ترتيب چادويك به خاطر اين اكتشاف برنده جايزه نوبل فيزيك سال ۱۹۳۵ شد. در سال ۱۹۳۶ بين چادويك كه آرزوي ساخت يك سيكلوترون را در آزمايشگاه كاونديش در سر مي پروراند و رادرفورد كه به شدت با تمامي پروژه هايي از اين دست مخالف بود، اختلاف نظرهايي درگرفت و بدين ترتيب بود كه چادويك تصميم گرفت كه كرسي استادي فيزيك دانشگاه ليورپول را كه به وي پيشنهاد شده بود، بپذيرد. و در آنجا بود كه وي نخستين سيكلوترون بريتانيا را ساخت. و هنگام شروع جنگ جهاني دوم براي حمايت از ادعاي اوتوفريش (O.Frisch) و رادولف پيرلز (R.Peierls) مبني به امكان ساخت بمب اتمي آماده بود. در نتيجه طي جنگ بيشتر وقت خود را به عنوان رئيس هيأت بريتانيا براي پروژه منهتن در آمريكا گذرانيد. او به خاطر انجام اين خدمات در ۱۹۴۵ مفتخر به دريافت لقب سر شد و در ۱۹۵۸ به كمبريج بازگشت و به عنوان استاد كالج گوتويل تا هنگام بازنشستگي در ۱۹۵۸ به كار خود ادامه داد.