[Mio padre] mi ha consigliato di sedermi ogni pochi mesi nella mia poltrona di lettura per un'intera serata, chiudere gli occhi e cercare di pensare a nuovi problemi da risolvere. Ho preso molto sul serio il suo consiglio e sono stato felice da allora che lo abbia fatto.
Luis Walter Alvarez era un fisico sperimentale americano, inventore e professore che ha vinto il Premio Nobel per la Fisica nel 1968 per lo sviluppo della camera a bolle di idrogeno che ha permesso la scoperta di stati di risonanza nella fisica delle particelle. L'American Journal of Physics ha commentato: "Luis Alvarez è stato uno dei fisici sperimentali più brillanti e produttivi del ventesimo secolo".
Dopo aver ricevuto il dottorato dall'Università di Chicago nel 1936, Alvarez è andato a lavorare per Ernest Lawrence presso il Radiation Laboratory dell'Università della California, Berkeley. Alvarez ha ideato una serie di esperimenti per osservare la cattura di K-elettroni in nuclei radioattivi, prevista dalla teoria del decadimento beta ma mai osservata prima. Ha prodotto il tritio utilizzando il ciclotrone e ha misurato la sua vita media. In collaborazione con Felix Bloch, ha misurato il momento magnetico del neutrone.
Nel 1940 Alvarez si è unito al MIT Radiation Laboratory, dove ha contribuito a numerosi progetti radar della Seconda Guerra Mondiale, dai primi miglioramenti ai sistemi radar di Identification Friend or Foe IFF, oggi chiamati transponder, a un sistema noto come VIXEN per impedire ai sottomarini nemici di rendersi conto di essere stati rilevati dai nuovi radar aerotraportati a microonde. I sottomarini nemici aspettavano che il segnale radar diventasse forte e poi si immergevano, sfuggendo all'attacco. Ma VIXEN trasmetteva un segnale radar la cui intensità era il cubo della distanza dal sottomarino, in modo che man mano che si avvicinavano al sub, il segnale—misurato dal sub—diventava progressivamente più debole, e il sub assumeva che l'aereo si stesse allontanando e non si immergeva. Il sistema radar per il quale Alvarez è meglio conosciuto e che ha giocato un ruolo importante nell'aviazione, in particolare nel ponte aereo di Berlino del dopoguerra, era Ground Controlled Approach GCA. Alvarez ha trascorso alcuni mesi all'Università di Chicago lavorando su reattori nucleari per Enrico Fermi prima di venire a Los Alamos per lavorare per Robert Oppenheimer sul progetto Manhattan. Alvarez ha lavorato sulla progettazione di lenti esplosive e sviluppo di detonatori a ponte esplosivo. Come membro del Project Alberta, ha osservato il test nucleare Trinity da un B-29 Superfortress, e successivamente il bombardamento di Hiroshima dal B-29 The Great Artiste.
Dopo la guerra Alvarez è stato coinvolto nella progettazione di una camera a bolle di idrogeno liquido che ha permesso al suo team di scattare milioni di fotografie di interazioni di particelle, sviluppare sistemi informatici complessi per misurare e analizzare queste interazioni, e scoprire intere famiglie di nuove particelle e stati di risonanza. Questo lavoro ha comportato l'assegnazione del Premio Nobel nel 1968. È stato coinvolto in un progetto per radiografare le piramidi egiziane alla ricerca di camere sconosciute. Con suo figlio, il geologo Walter Alvarez, ha sviluppato l'ipotesi di Alvarez che propone che l'evento di estinzione che ha eliminato i dinosauri non aviani sia stato il risultato di un impatto di asteroide.
Alvarez era membro del JASON Defense Advisory Group, del Bohemian Club e del Partito Repubblicano.
Primi anni di vita
Luis Walter Alvarez è nato a San Francisco il 13 giugno 1911, il secondo figlio e il figlio maggiore di Walter C. Alvarez, un medico, e sua moglie Harriet di cognome Smyth, e nipote di Luis F. Álvarez, un medico spagnolo, nato in Asturie, Spagna, che ha vissuto a Cuba per un po' e infine si è stabilito negli Stati Uniti, che ha trovato un metodo migliore per diagnosticare la lebbra maculare. Aveva una sorella maggiore, Gladys, un fratello minore, Bob, e una sorella minore, Bernice. Sua zia, Mabel Alvarez, era un'artista californiana specializzata nella pittura a olio.
Ha frequentato la Madison School a San Francisco dal 1918 al 1924, e poi la San Francisco Polytechnic High School. Nel 1926, suo padre è diventato ricercatore presso la Mayo Clinic, e la famiglia si è trasferita a Rochester, Minnesota, dove Alvarez ha frequentato la Rochester High School. Aveva sempre aspettato di frequentare l'Università della California, Berkeley, ma su consiglio dei suoi insegnanti a Rochester, è andato invece all'Università di Chicago, dove ha ricevuto la laurea nel 1932, la laurea magistrale nel 1934 e il dottorato nel 1936. Da studente universitario, era membro della fratellanza Phi Gamma Delta. Da dottorando si è trasferito a Gamma Alpha.
Nel 1932, come studente di dottorato a Chicago, ha scoperto la fisica lì e ha avuto la rara opportunità di utilizzare l'attrezzatura del leggendario fisico Albert A. Michelson. Alvarez ha anche costruito un apparato di tubi contatori Geiger disposti come telescopio a raggi cosmici, e sotto la guida del suo consigliere accademico Arthur Compton, ha condotto un esperimento a Città del Messico per misurare il cosiddetto effetto Est-Ovest dei raggi cosmici. Osservando più radiazioni in arrivo da ovest, Alvarez ha concluso che i raggi cosmici primari erano caricati positivamente. Compton ha sottoposto il documento risultante al Physical Review, con il nome di Alvarez in cima.
Alvarez era un agnostico.
Primi lavori
La sorella di Alvarez, Gladys, lavorava per Ernest Lawrence come segretaria part-time, e ha parlato di Alvarez a Lawrence. Lawrence ha poi invitato Alvarez a visitare la mostra Century of Progress a Chicago con lui. Dopo aver completato gli esami orali nel 1936, Alvarez, ora fidanzato con Geraldine Smithwick, ha chiesto a sua sorella di vedere se Lawrence aveva posti disponibili presso il Radiation Laboratory. Un telegramma presto è arrivato da Gladys con un'offerta di lavoro da Lawrence. Questo ha iniziato una lunga associazione con l'Università della California, Berkeley. Alvarez e Smithwick si sono sposati in una delle cappelle dell'Università di Chicago e poi si sono diretti in California. Avevano due figli, Walter e Jean. Hanno divorziato nel 1957. Il 28 dicembre 1958, si è sposato con Janet L. Landis, e ha avuto altri due figli, Donald e Helen.
Al Radiation Laboratory ha lavorato con il team sperimentale di Lawrence, supportato da un gruppo di fisici teorici guidati da Robert Oppenheimer. Alvarez ha ideato una serie di esperimenti per osservare la cattura di K-elettroni in nuclei radioattivi, prevista dalla teoria del decadimento beta ma mai osservata. Utilizzando magneti per spazzar via i positroni e gli elettroni provenienti dalle sue fonti radioattive, ha progettato un contatore Geiger per scopi speciali per rilevare solo i raggi X "morbidi" provenienti dalla cattura K. Ha pubblicato i suoi risultati nel Physical Review nel 1937.
Quando il deuterio idrogeno-2 viene bombardato con deuterio, la reazione di fusione produce either tritio idrogeno-3 più un protone o elio-3 più un neutrone 2H + 2H → 3H + p o 3He + n. Questa è una delle reazioni di fusione più basilari, e la fondazione dell'arma termonucleare e della ricerca attuale sulla fusione nucleare controllata. A quel tempo la stabilità di questi due prodotti di reazione era sconosciuta, ma basato sulle teorie esistenti Hans Bethe pensava che il tritio sarebbe stato stabile e l'elio-3 instabile. Alvarez ha provato il contrario utilizzando la sua conoscenza dei dettagli del funzionamento del ciclotrone da 60 pollici. Ha sintonizzato la macchina per accelerare nuclei di elio-3 doppiamente ionizzati ed è riuscito a ottenere un fascio di ioni accelerati, utilizzando così il ciclotrone come una sorta di spettrometro di massa super. Poiché l'elio accelerato proveniva da pozzi di gas profondi dove era stato per milioni di anni, il componente elio-3 doveva essere stabile. Successivamente Alvarez ha prodotto il tritio radioattivo utilizzando il ciclotrone e la reazione 2H + 2H e ha misurato la sua vita media.
Nel 1938, ancora una volta usando la sua conoscenza del ciclotrone e inventando quello che sono ora noti come tecniche time-of-flight, Alvarez ha creato un fascio mono-energetico di neutroni termici. Con questo ha iniziato una lunga serie di esperimenti, collaborando con Felix Bloch, per misurare il momento magnetico del neutrone. Il loro risultato di μ = 1.93±0.02 μN, pubblicato nel 1940, è stato un grande progresso rispetto al lavoro precedente.
Seconda Guerra Mondiale
Radiation Laboratory
La Missione Tizard britannica negli Stati Uniti nel 1940 ha dimostrato ai principali scienziati americani l'applicazione di successo della magnetron a cavità per produrre radar pulsato a lunghezza d'onda corta. Il National Defense Research Committee, istituito solo pochi mesi prima dal Presidente Franklin Roosevelt, ha creato un laboratorio nazionale centrale presso il Massachusetts Institute of Technology MIT al fine di sviluppare applicazioni militari del radar a microonde. Lawrence ha immediatamente reclutato i suoi migliori "cyclotroneers", tra cui Alvarez, che si è unito a questo nuovo laboratorio, noto come Radiation Laboratory, l'11 novembre 1940. Alvarez ha contribuito a numerosi progetti radar, dai primi miglioramenti ai sistemi radar Identification Friend or Foe IFF, oggi chiamati transponder, a un sistema noto come VIXEN per impedire ai sottomarini nemici di rendersi conto di essere stati rilevati dai nuovi radar aerotraportati a microonde.
Uno dei primi progetti è stato costruire attrezzature per la transizione dal radar britannico a onde lunghe al nuovo radar a microonde a banda centimetrica reso possibile dalla magnetron a cavità. Lavorando al sistema Microwave Early Warning MEW, Alvarez ha inventato un'antenna array dipolo lineare che non solo sopprimeva i lobi laterali indesiderati del campo di radiazione, ma poteva anche essere scansionata elettronicamente senza la necessità di scansione meccanica. Questa era la prima antenna phased-array a microonde, e Alvarez l'ha usata non solo in MEW ma in due sistemi radar aggiuntivi. L'antenna ha permesso al radar di bombardamento di precisione Eagle di supportare il bombardamento di precisione con cattivo tempo o attraverso le nuvole. È stato completato piuttosto tardi nella guerra; sebbene un numero di B-29 fosse equipaggiato con Eagle e funzionasse bene, è arrivato troppo tardi per fare molta differenza.
Il sistema radar per il quale Alvarez è meglio conosciuto e che ha giocato un ruolo importante nell'aviazione, in particolare nel ponte aereo di Berlino del dopoguerra, era Ground Controlled Approach GCA. Utilizzando l'antenna dipolo di Alvarez per ottenere una risoluzione angolare molto elevata, GCA consente agli operatori radar basati a terra che guardano display di precisione speciali di guidare un aereo in atterraggio sulla pista trasmettendo comandi verbali al pilota. Il sistema era semplice, diretto, e funzionava bene, anche con piloti precedentemente non addestrati. Era così di successo che i militari hanno continuato a usarlo per molti anni dopo la guerra, ed era ancora in uso in alcuni paesi negli anni Ottanta. Ad Alvarez è stato assegnato il Collier Trophy della National Aeronautic Association nel 1945 "per la sua iniziativa evidente e straordinaria nel concetto e sviluppo del sistema Ground Control Approach per l'atterraggio sicuro di aeroplani in tutte le condizioni meteorologiche e di traffico".
Alvarez ha trascorso l'estate del 1943 in Inghilterra testando GCA, atterrando aerei di ritorno dalla battaglia con cattivo tempo, e addestrando anche i britannici nell'uso del sistema. Mentre era lì ha incontrato il giovane Arthur C. Clarke, che era un tecnico radar della RAF. Clarke in seguito ha usato le sue esperienze presso la stazione di ricerca radar come base per il suo romanzo Glide Path, che contiene una versione leggermente mascherata di Alvarez. Clarke e Alvarez hanno sviluppato un'amicizia a lungo termine.
Progetto Manhattan
Nell'autunno del 1943, Alvarez è tornato negli Stati Uniti con un'offerta da Robert Oppenheimer per lavorare a Los Alamos sul progetto Manhattan. Ma Oppenheimer ha suggerito che prima trascorresse alcuni mesi all'Università di Chicago lavorando con Enrico Fermi prima di venire a Los Alamos. Durante questi mesi, il Generale Leslie Groves ha chiesto ad Alvarez di pensare a un modo in cui gli Stati Uniti potessero scoprire se i tedeschi stavano facendo funzionare reattori nucleari, e, se sì, dove si trovavano. Alvarez ha suggerito che un aereo potrebbe portare un sistema per rilevare i gas radioattivi che un reattore produce, in particolare lo xenon 133. L'attrezzatura ha effettivamente volato sulla Germania, ma non ha rilevato xenon radioattivo perché i tedeschi non avevano costruito un reattore capace di una reazione a catena. Questa era la prima idea di monitorare i prodotti di fissione per la raccolta di informazioni. Sarebbe diventato estremamente importante dopo la guerra.
Come risultato del suo lavoro radar e dei pochi mesi trascorsi con Fermi, Alvarez è arrivato a Los Alamos nella primavera del 1944, più tardi di molti dei suoi contemporanei. Il lavoro sulla "Little Boy" una bomba all'uranio era ben avanzato, quindi Alvarez è diventato coinvolto nella progettazione della "Fat Man" una bomba al plutonio. La tecnica utilizzata per l'uranio, quella di forzare insieme le due masse sub-critiche utilizzando un tipo di pistola, non avrebbe funzionato con il plutonio perché l'alto livello di neutroni spontanei di fondo avrebbe causato fissioni non appena le due parti si avvicinavano, quindi il calore e l'espansione avrebbero forzato il sistema a separarsi prima che fosse stata rilasciata molta energia. È stato deciso di utilizzare una sfera di plutonio quasi critica e comprimerla rapidamente con esplosivi in un nucleo molto più piccolo e denso, una sfida tecnica all'epoca.
Per creare l'implosione simmetrica necessaria per comprimere il nucleo di plutonio alla densità richiesta, trentadue cariche esplosive dovevano essere detonante simultaneamente intorno al nucleo sferico. Utilizzando il convenzionale
