[Mon père] m'a conseillé de m'asseoir tous les quelques mois dans mon fauteuil de lecture pendant une soirée entière, de fermer les yeux et d'essayer de penser à de nouveaux problèmes à résoudre. J'ai pris son conseil très au sérieux et j'ai été heureux depuis que tu l'aies fait.
Luis Walter Alvarez était un physicien expérimental américain, inventeur et professeur qui a reçu le prix Nobel de physique en 1968 pour le développement de la chambre à bulles d'hydrogène permettant la découverte d'états de résonance en physique des particules. L'American Journal of Physics a commenté : « Luis Alvarez était l'un des physiciens expérimentaux les plus brillants et les plus productifs du vingtième siècle. »
Après avoir obtenu son doctorat de l'Université de Chicago en 1936, Alvarez est allé travailler pour Ernest Lawrence au Radiation Laboratory de l'Université de Californie, Berkeley. Alvarez a conçu une série d'expériences pour observer la capture d'électrons K dans les noyaux radioactifs, prédite par la théorie de la désintégration bêta mais jamais observée auparavant. Il a produit du tritium en utilisant le cyclotron et mesuré sa durée de vie. En collaboration avec Felix Bloch, il a mesuré le moment magnétique du neutron.
En 1940, Alvarez a rejoint le MIT Radiation Laboratory, où il a contribué à un certain nombre de projets radar de la Seconde Guerre mondiale, des premières améliorations des balises radar IFF (Identification friend or foe), maintenant appelées transpondeurs, à un système connu sous le nom de VIXEN pour empêcher les sous-marins ennemis de réaliser qu'ils avaient été détectés par les nouveaux radars micro-ondes aéroportés. Les sous-marins ennemis attendaient que le signal radar devienne fort et se submergeaient alors, échappant à l'attaque. Mais VIXEN transmettait un signal radar dont la force était le cube de la distance au sous-marin, de sorte que lorsqu'ils approchaient du sous-marin, le signal, tel que mesuré par le sous-marin, s'affaiblissait progressivement, et le sous-marin supposait que l'avion s'éloignait et ne se submergeait pas. Le système radar pour lequel Alvarez est mieux connu et qui a joué un rôle majeur dans l'aviation, en particulier dans le pont aérien de Berlin après la guerre, était Ground Controlled Approach GCA. Alvarez a passé quelques mois à l'Université de Chicago à travailler sur les réacteurs nucléaires pour Enrico Fermi avant de venir à Los Alamos pour travailler pour Robert Oppenheimer sur le projet Manhattan. Alvarez a travaillé sur la conception de lentilles explosives et le développement de détonateurs à fil explosif. En tant que membre du Project Alberta, il a observé le test nucléaire Trinity depuis un B-29 Superfortress, et plus tard le bombardement d'Hiroshima depuis le B-29 The Great Artiste.
Après la guerre, Alvarez a participé à la conception d'une chambre à bulles d'hydrogène liquide qui a permis à son équipe de prendre des millions de photographies d'interactions de particules, de développer des systèmes informatiques complexes pour mesurer et analyser ces interactions, et de découvrir des familles entières de nouvelles particules et d'états de résonance. Ce travail a abouti à son attribution du prix Nobel en 1968. Il a participé à un projet de radiographie des pyramides égyptiennes pour rechercher des chambres inconnues. Avec son fils, le géologue Walter Alvarez, il a développé l'hypothèse d'Alvarez qui propose que l'événement d'extinction qui a anéanti les dinosaures non-aviens était le résultat d'un impact d'astéroïde.
Alvarez était membre du JASON Defense Advisory Group, du Bohemian Club et du Parti républicain.
Débuts
Luis Walter Alvarez est né à San Francisco le 13 juin 1911, le deuxième enfant et le fils aîné de Walter C. Alvarez, médecin, et de sa femme Harriet née Smyth, et petit-fils de Luis F. Álvarez, médecin espagnol, né aux Asturies, en Espagne, qui a vécu à Cuba pendant un moment et s'est finalement installé aux États-Unis, qui a trouvé une meilleure méthode pour diagnostiquer la lèpre maculaire. Il avait une sœur aînée, Gladys, un frère cadet, Bob, et une sœur cadette, Bernice. Sa tante, Mabel Alvarez, était une artiste californienne spécialisée dans la peinture à l'huile.
Il a fréquenté Madison School à San Francisco de 1918 à 1924, puis San Francisco Polytechnic High School. En 1926, son père est devenu chercheur à la Mayo Clinic, et la famille a déménagé à Rochester, au Minnesota, où Alvarez a fréquenté Rochester High School. Il s'attendait toujours à fréquenter l'Université de Californie, Berkeley, mais sur l'insistance de ses professeurs à Rochester, il s'est plutôt rendu à l'Université de Chicago, où il a obtenu son baccalauréat en 1932, sa maîtrise en 1934 et son doctorat en 1936. En tant qu'étudiant de premier cycle, il appartenait à la fraternité Phi Gamma Delta. En tant qu'étudiant diplômé, il s'est joint à Gamma Alpha.
En 1932, en tant qu'étudiant diplômé à Chicago, il a découvert la physique et a eu la rare opportunité d'utiliser l'équipement du légendaire physicien Albert A. Michelson. Alvarez a également construit un appareil de tubes de compteur Geiger arrangés comme un télescope de rayons cosmiques, et sous l'égide de son conseiller professoral Arthur Compton, a mené une expérience à Mexico City pour mesurer le soi-disant effet Est-Ouest des rayons cosmiques. Observant plus de rayonnements entrants de l'ouest, Alvarez a conclu que les rayons cosmiques primaires étaient chargés positivement. Compton a soumis l'article résultant à la Physical Review, avec le nom d'Alvarez en premier.
Alvarez était un agnostique.
Débuts professionnels
La sœur d'Alvarez, Gladys, travaillait pour Ernest Lawrence comme secrétaire à temps partiel, et a mentionné Alvarez à Lawrence. Lawrence a ensuite invité Alvarez à visiter l'exposition Century of Progress à Chicago avec lui. Après avoir terminé ses examens oraux en 1936, Alvarez, maintenant fiancé à Geraldine Smithwick, a demandé à sa sœur de voir si Lawrence avait des emplois disponibles au Radiation Laboratory. Un télégramme arriva bientôt de Gladys avec une offre d'emploi de Lawrence. Cela a marqué le début d'une longue association avec l'Université de Californie, Berkeley. Alvarez et Smithwick se sont mariés dans l'une des chapelles de l'Université de Chicago et se sont ensuite dirigés vers la Californie. Ils ont eu deux enfants, Walter et Jean. Ils ont divorcé en 1957. Le 28 décembre 1958, il a épousé Janet L. Landis et a eu deux autres enfants, Donald et Helen.
Au Radiation Laboratory, il a travaillé avec l'équipe expérimentale de Lawrence, qui était soutenue par un groupe de physiciens théoriciens dirigés par Robert Oppenheimer. Alvarez a conçu une série d'expériences pour observer la capture d'électrons K dans les noyaux radioactifs, prédite par la théorie de la désintégration bêta mais jamais observée. Utilisant des aimants pour écarter les positons et les électrons émanant de ses sources radioactives, il a conçu un compteur Geiger à usage spécifique pour détecter uniquement les rayons X « mous » provenant de la capture K. Il a publié ses résultats dans la Physical Review en 1937.
Lorsque le deutérium hydrogène-2 est bombardé avec du deutérium, la réaction de fusion produit soit du tritium hydrogène-3 plus un proton, soit de l'hélium-3 plus un neutron 2H + 2H → 3H + p ou 3He + n. C'est l'une des réactions de fusion les plus fondamentales, et la fondation de l'arme thermonucléaire et de la recherche actuelle sur la fusion nucléaire contrôlée. À cette époque, la stabilité de ces deux produits de réaction était inconnue, mais sur la base des théories existantes, Hans Bethe pensait que le tritium serait stable et l'hélium-3 instable. Alvarez a prouvé le contraire en utilisant ses connaissances des détails du fonctionnement du cyclotron de 60 pouces. Il a accordé la machine pour accélérer les noyaux d'hélium-3 doublement ionisés et a pu obtenir un faisceau d'ions accélérés, utilisant ainsi le cyclotron comme une sorte de spectromètre de masse super. Comme l'hélium accéléré provenait de puits de gaz profonds où il avait été pendant des millions d'années, le composant hélium-3 devait être stable. Après, Alvarez a produit le tritium radioactif en utilisant le cyclotron et la réaction 2H + 2H et a mesuré sa durée de vie.
En 1938, en utilisant à nouveau ses connaissances du cyclotron et en inventant ce qui est maintenant connu sous le nom de techniques de temps de vol, Alvarez a créé un faisceau mono-énergétique de neutrons thermiques. Avec cela, il a commencé une longue série d'expériences, en collaboration avec Felix Bloch, pour mesurer le moment magnétique du neutron. Leur résultat de μ = 1,93±0,02 μN, publié en 1940, était une avancée majeure par rapport aux travaux antérieurs.
Seconde Guerre mondiale
Radiation Laboratory
La Tizard Mission britannique aux États-Unis en 1940 a démontré aux principaux scientifiques américains l'application réussie du magnétron à cavité pour produire des radars pulsés en longueurs d'onde courtes. Le National Defense Research Committee, établi seulement quelques mois plus tôt par le président Franklin Roosevelt, a créé un laboratoire national central au Massachusetts Institute of Technology MIT dans le but de développer les applications militaires du radar micro-ondes. Lawrence a immédiatement recruté ses meilleurs « cyclotroneers », dont Alvarez, qui a rejoint ce nouveau laboratoire, connu sous le nom de Radiation Laboratory, le 11 novembre 1940. Alvarez a contribué à un certain nombre de projets radar, des premières améliorations des balises radar IFF (Identification Friend or Foe), maintenant appelées transpondeurs, à un système connu sous le nom de VIXEN pour empêcher les sous-marins ennemis de réaliser qu'ils avaient été détectés par les nouveaux radars micro-ondes aéroportés.
L'un des premiers projets était de construire de l'équipement pour passer du radar long-ondes britannique au nouveau radar micro-ondes en bande centimétrique rendu possible par le magnétron à cavité. En travaillant sur le système Microwave Early Warning MEW, Alvarez a inventé une antenne en réseau dipolaire linéaire qui non seulement supprimait les lobes latéraux indésirables du champ de rayonnement, mais pouvait également être balayée électroniquement sans besoin de balayage mécanique. C'était la première antenne à réseau phasé micro-ondes, et Alvarez l'a utilisée non seulement dans MEW mais dans deux systèmes radar supplémentaires. L'antenne a permis au radar de bombardement de précision Eagle de soutenir le bombardement de précision par mauvais temps ou à travers les nuages. Elle a été complétée assez tard dans la guerre ; bien que plusieurs B-29 aient été équipés d'Eagle et qu'il ait bien fonctionné, il est arrivé trop tard pour faire beaucoup de différence.
Le système radar pour lequel Alvarez est mieux connu et qui a joué un rôle majeur dans l'aviation, en particulier dans le pont aérien de Berlin après la guerre, était Ground Controlled Approach GCA. Utilisant l'antenne dipolaire d'Alvarez pour atteindre une très haute résolution angulaire, GCA permet aux opérateurs radar basés au sol regardant des affichages spécialisés de précision de guider un avion en atterrissage jusqu'à la piste en transmettant des commandes verbales au pilote. Le système était simple, direct et fonctionnait bien, même avec des pilotes n'ayant pas reçu de formation antérieure. Il a été tellement réussi que l'armée a continué à l'utiliser pendant de nombreuses années après la guerre, et il était toujours utilisé dans certains pays dans les années 1980. Alvarez a reçu le Collier Trophy de la National Aeronautic Association en 1945 « pour son initiative remarquable et exceptionnelle dans le concept et le développement du système Ground Control Approach pour l'atterrissage sécurisé d'aéronefs dans toutes les conditions météorologiques et de trafic ».
Alvarez a passé l'été 1943 en Angleterre à tester GCA, à faire atterrir des avions revenant de la bataille par mauvais temps, et aussi à former les Britanniques à l'utilisation du système. Là-bas, il a rencontré le jeune Arthur C. Clarke, qui était un technicien radar de la RAF. Clarke a ensuite utilisé ses expériences à la station de recherche radar comme base pour son roman Glide Path, qui contient une version à peine déguisée d'Alvarez. Clarke et Alvarez ont développé une amitié de longue durée.
Projet Manhattan
À l'automne 1943, Alvarez est retourné aux États-Unis avec une offre de Robert Oppenheimer pour travailler à Los Alamos sur le projet Manhattan. Mais Oppenheimer a suggéré qu'il passe d'abord quelques mois à l'Université de Chicago à travailler avec Enrico Fermi avant de venir à Los Alamos. Pendant ces mois, le général Leslie Groves a demandé à Alvarez de penser à un moyen par lequel les États-Unis pourraient découvrir si les Allemands faisaient fonctionner des réacteurs nucléaires, et si oui, où ils se trouvaient. Alvarez a suggéré qu'un avion pourrait porter un système pour détecter les gaz radioactifs qu'un réacteur produit, en particulier le xénon 133. L'équipement a survolé l'Allemagne, mais n'a détecté aucun xénon radioactif car les Allemands n'avaient pas construit de réacteur capable d'une réaction en chaîne. C'était la première idée de surveillance des produits de fission à des fins de renseignement. Cela deviendrait extrêmement important après la guerre.
En conséquence de son travail radar et des quelques mois passés avec Fermi, Alvarez est arrivé à Los Alamos au printemps 1944, plus tard que beaucoup de ses contemporains. Le travail sur « Little Boy » une bombe à l'uranium était bien avancé, donc Alvarez s'est impliqué dans la conception de « Fat Man » une bombe au plutonium. La technique utilisée pour l'uranium, celle de forcer ensemble les deux masses sous-critiques en utilisant une sorte de pistolet, ne fonctionnerait pas avec le plutonium car le haut niveau de neutrons spontanés de fond causerait des fissions dès que les deux parties s'approcheraient l'une de l'autre, donc la chaleur et l'expansion forcerait le système à se séparer avant que beaucoup d'énergie n'ait été libérée. Il a été décidé d'utiliser une sphère de plutonium presque critique et de la compresser rapidement par des explosifs en un noyau beaucoup plus petit et plus dense, un défi technique à cette époque.
Pour créer l'implosion symétrique requise pour compresser le noyau de plutonium à la densité requise, trente-deux charges explosives devaient être détonées simultanément autour du noyau sphérique. Utilisant des détonateurs conventionnels
