Descubrimiento de neutrones, ¿por qué no podría ser un rayo gamma? u otro fotón?

Esta es la ilustración del experimento de Chadwick (de Wikipedia):

El punto clave es que la dispersión está cerca de la dirección de avance. Entonces, si dibujamos el diagrama para la dispersión de Compton como:

El ángulo$\theta$es pequeño. Este diagrama muestra el rayo gamma entrante hipotético golpeando un protón en la parafina y dispersándolo. La ecuación para el cambio en la longitud de onda del rayo gamma (debido a la transferencia de energía al protón disperso) viene dada por la ecuación habitual para la dispersión de Compton:

Ya que$\theta$es pequeño$\cos\theta\approx 1$y por lo tanto el$1-\cos\theta$plazo es muy pequeño. Esto significa que el cambio en la longitud de onda del fotón gamma es pequeño y, por lo tanto, solo una pequeña fracción de la energía del fotón gamma puede transferirse al protón.

Y este es el punto clave. Chadwick midió la energía de los protones emitidos ($5.5$MeV) y su ángulo de dispersión, y usó la ecuación anterior para calcular qué energía tenía que tener el rayo gamma para transferir$5.5$MeV a los protones. El resultado fue que el rayo gamma inicial debía tener una energía de al menos 50 MeV. Pero las partículas alfa iniciales no tenían tanta energía, por lo que posiblemente no podrían crear un rayo gamma con una energía tan alta, y eso descartaba la presencia de rayos gamma.

En 1930 se descubrió que el berilio, cuando era bombardeado por partículas alfa, emitía una corriente de radiación muy energética. Originalmente se pensó que esta corriente era radiación gamma. Sin embargo, investigaciones posteriores sobre las propiedades de la radiación revelaron resultados contradictorios. Al igual que los rayos gamma, estos rayos eran extremadamente penetrantes y, dado que no se desviaban al atravesar un campo magnético, eran neutrales. Sin embargo, a diferencia de los rayos gamma, estos rayos no descargaban electroscopios cargados (el efecto fotoeléctrico). Irene Curie y su esposo descubrieron que cuando un haz de esta radiación choca con una sustancia rica en protones, por ejemplo, la parafina, se sueltan protones que pueden detectarse fácilmente con un contador Geiger.

En 1932, Chadwick propuso que esta partícula era el neutrón de Rutherford. En 1935, recibió el Premio Nobel por su descubrimiento. Usando la cinemática, Chadwick pudo determinar la velocidad de los protones. Luego, a través de técnicas de conservación del momento, pudo determinar que la masa de la radiación neutra era casi exactamente la misma que la de un protón. Esta es la ecuación de Chadwick:

las cursivas son mías.

Las respuestas a tus preguntas:

la losa de parafina es rica en protones, entonces, ¿se necesita una energía de alto umbral?

La necesidad de energía proviene de la energía medida de la partícula dispersada por "X"

¿Cómo calcularon los 55 Mev?

midieron la energía del protón disperso.

¿No puede ocurrir un efecto fotoeléctrico allí para que solo se necesite un fotón de 5.7 Mev?

El efecto fotoeléctrico es a nivel del átomo, no del núcleo y las energías son del orden keV no MeV. Además (cursivas entre comillas), la "X" no interactuaba electromagnéticamente.