[Мой отец] посоветовал мне сидеть каждые несколько месяцев в кресле для чтения целый вечер, закрыть глаза и стараться придумать новые проблемы для решения. Я отнёсся к его совету очень серьёзно и с тех пор был рад, что он дал мне этот совет.
Luis Walter Alvarez был американским экспериментальным физиком, изобретателем и профессором, получившим Нобелевскую премию по физике в 1968 году за разработку водородной пузырьковой камеры, позволившей открыть резонансные состояния в физике элементарных частиц. Журнал American Journal of Physics отметил: «Luis Alvarez был одним из самых блестящих и продуктивных экспериментальных физиков двадцатого века.»
Получив докторскую степень в Чикагском университете в 1936 году, Alvarez начал работать на Ernest Lawrence в Radiation Laboratory при Университете Калифорнии в Berkeley. Alvarez разработал серию экспериментов для наблюдения K-электронного захвата в радиоактивных ядрах, предсказанного теорией бета-распада, но никогда ранее не наблюдавшегося. Он произвёл тритий с помощью циклотрона и измерил его время жизни. В сотрудничестве с Felix Bloch он измерил магнитный момент нейтрона.
В 1940 году Alvarez присоединился к MIT Radiation Laboratory, где внёс вклад в ряд радарных проектов Второй мировой войны, от ранних улучшений радарных маячков Identification friend or foe IFF, ныне называемых транспондерами, до системы VIXEN для предотвращения того, чтобы враждебные подводные лодки узнали, что их обнаружили новыми воздушными микроволновыми радарами. Враждебные подводные лодки ждали, пока сигнал радара становился сильнее, а затем погружались, спасаясь от атаки. Но VIXEN передавала сигнал радара, напряжённость которого была кубом расстояния до подводной лодки, так что по мере приближения к ней сигнал, измеренный подводной лодкой, становился всё слабее, и она предполагала, что самолёт удаляется и не погружалась. Радарная система, по которой Alvarez наиболее известен и которая сыграла главную роль в авиации, особенно в послевоенном берлинском воздушном мосте, была Ground Controlled Approach GCA. Alvarez провёл несколько месяцев в Чикагском университете, работая над ядерными реакторами для Enrico Fermi, прежде чем прийти в Los Alamos работать на Robert Oppenheimer над Манхэттенским проектом. Alvarez работал над проектированием взрывных линз и разработкой детонаторов с взрывающейся перемычкой. Как член Project Alberta, он наблюдал ядерное испытание Trinity с борта B-29 Superfortress, а позже бомбардировку Hiroshima с борта B-29 The Great Artiste.
После войны Alvarez участвовал в разработке жидкой водородной пузырьковой камеры, которая позволила его команде сделать миллионы фотографий взаимодействий частиц, разработать сложные компьютерные системы для измерения и анализа этих взаимодействий и открыть целые семейства новых частиц и резонансных состояний. Эта работа привела к присуждению ему Нобелевской премии в 1968 году. Он участвовал в проекте рентгенографии египетских пирамид в поисках неизвестных камер. Со своим сыном, геологом Walter Alvarez, он разработал гипотезу Alvarez, которая предполагает, что событие вымирания, уничтожившее неавианных динозавров, было результатом удара астероида.
Alvarez был членом JASON Defense Advisory Group, Bohemian Club и Республиканской партии.
Ранняя жизнь
Luis Walter Alvarez родился в San Francisco 13 июня 1911 года, второй ребёнок и старший сын Walter C. Alvarez, врача, и его жены Harriet née Smyth, и внук Luis F. Álvarez, испанского врача, рождённого в Asturias, Spain, который жил на Кубе какое-то время и в конце концов поселился в Соединённых Штатах, который нашёл лучший метод диагностики макулярной проказы. У него была старшая сестра Gladys, младший брат Bob и младшая сестра Bernice. Его тётя, Mabel Alvarez, была калифорнийской художницей, специализирующейся на масляной живописи.
Он учился в Madison School в San Francisco с 1918 по 1924 год, а затем в San Francisco Polytechnic High School. В 1926 году его отец стал исследователем в Mayo Clinic, и семья переехала в Rochester, Minnesota, где Alvarez учился в Rochester High School. Он всегда рассчитывал поступить в Университет Калифорнии в Berkeley, но по настоянию своих учителей в Rochester он вместо этого поступил в Чикагский университет, где получил степень бакалавра в 1932 году, степень магистра в 1934 году и докторскую степень в 1936 году. Будучи студентом, он входил в братство Phi Gamma Delta. Как аспирант он перешёл в Gamma Alpha.
В 1932 году, будучи аспирантом в Chicago, он открыл для себя физику там и имел редкую возможность использовать оборудование легендарного физика Albert A. Michelson. Alvarez также построил аппарат из трубок счётчика Geiger, расположенных как телескоп космических лучей, и под руководством своего научного руководителя Arthur Compton провёл эксперимент в Mexico City для измерения так называемого East–West эффекта космических лучей. Наблюдая больше входящего излучения с запада, Alvarez пришёл к выводу, что первичные космические лучи были положительно заряжены. Compton отправил полученную статью в Physical Review с именем Alvarez в начале.
Alvarez был агностиком.
Ранняя работа
Сестра Alvarez, Gladys, работала на Ernest Lawrence неполный рабочий день секретарём и упомянула Alvarez перед Lawrence. Затем Lawrence пригласил Alvarez совершить экскурсию на выставку Century of Progress в Chicago с ним. После того как он завершил свои устные экзамены в 1936 году, Alvarez, уже обручённый с Geraldine Smithwick, попросил свою сестру узнать, есть ли какие-нибудь вакансии у Lawrence в Radiation Laboratory. Вскоре телеграмма прибыла от Gladys с предложением работы от Lawrence. Это началось долгосрочное сотрудничество с Университетом Калифорнии в Berkeley. Alvarez и Smithwick поженились в одной из часовен Чикагского университета и затем отправились в California. У них было двое детей, Walter и Jean. Они развелись в 1957 году. 28 декабря 1958 года он женился на Janet L. Landis и имел ещё двоих детей, Donald и Helen.
В Radiation Laboratory он работал с экспериментальной командой Lawrence, которую поддерживала группа теоретических физиков во главе с Robert Oppenheimer. Alvarez разработал серию экспериментов для наблюдения K-электронного захвата в радиоактивных ядрах, предсказанного теорией бета-распада, но никогда ранее не наблюдавшегося. Используя магниты для отклонения позитронов и электронов, исходящих из его радиоактивных источников, он спроектировал специальный счётчик Geiger для обнаружения только мягких рентгеновских лучей, исходящих от K захвата. Он опубликовал свои результаты в Physical Review в 1937 году.
Когда дейтерий водород-2 бомбардируется дейтерием, реакция синтеза даёт либо тритий водород-3 и протон, либо гелий-3 и нейтрон 2H + 2H → 3H + p или 3He + n. Это одна из самых фундаментальных реакций синтеза и основа термоядерного оружия и текущих исследований управляемого ядерного синтеза. В то время стабильность этих двух продуктов реакции была неизвестна, но на основе существующих теорий Hans Bethe думал, что тритий будет стабильным, а гелий-3 нестабильным. Alvarez доказал обратное, используя свои знания подробностей работы циклотрона на 60 дюймов. Он настроил машину для ускорения двойно ионизированных ядер гелия-3 и смог получить пучок ускоренных ионов, таким образом используя циклотрон как своего рода супер масс-спектрометр. Поскольку ускоренный гелий поступал из глубоких газовых скважин, где он находился миллионы лет, компонент гелия-3 должен был быть стабильным. Впоследствии Alvarez произвёл радиоактивный тритий, используя циклотрон и реакцию 2H + 2H, и измерил его время жизни.
В 1938 году, снова используя свои знания циклотрона и изобретая то, что сейчас известно как методы time-of-flight, Alvarez создал монохроматичный пучок тепловых нейтронов. С его помощью он начал длительную серию экспериментов, сотрудничая с Felix Bloch, для измерения магнитного момента нейтрона. Их результат μ = 1.93±0.02 μN, опубликованный в 1940 году, был значительным прогрессом по сравнению с более ранней работой.
Вторая мировая война
Radiation Laboratory
Британская миссия Tizard в Соединённые Штаты в 1940 году продемонстрировала ведущим американским учёным успешное применение резонатора с полостью magnetron для создания коротковолнового импульсного радара. Национальный комитет оборонных исследований, созданный всего несколько месяцев ранее президентом Franklin Roosevelt, создал центральную национальную лабораторию в Massachusetts Institute of Technology MIT для целей разработки военных приложений микроволнового радара. Lawrence немедленно набрал своих лучших «циклотронщиков», среди них Alvarez, который присоединился к этой новой лаборатории, известной как Radiation Laboratory, 11 ноября 1940 года. Alvarez внёс вклад в ряд радарных проектов, от ранних улучшений радарных маячков Identification Friend or Foe IFF, ныне называемых транспондерами, до системы VIXEN для предотвращения того, чтобы враждебные подводные лодки узнали, что их обнаружили новыми воздушными микроволновыми радарами.
Одним из первых проектов было создание оборудования для перехода от британского длинноволнового радара к новому микроволновому сантиметровому радару, ставшему возможным благодаря резонатору с полостью magnetron. Работая над системой Microwave Early Warning system MEW, Alvarez изобрёл линейный диполь антенна, которая не только подавляла нежелательные боковые лепестки поля излучения, но также могла сканироваться электронно без необходимости механического сканирования. Это была первая микроволновая фазированная решётка антенны, и Alvarez использовал её не только в MEW, но и в двух дополнительных радарных системах. Антенна позволила радару Eagle precision bombing поддерживать точное бомбардирование в плохую погоду или через облака. Она была завершена довольно поздно в войне; хотя ряд B-29 были оснащены Eagle и это работало хорошо, это пришло слишком поздно, чтобы иметь большое значение.
Радарная система, по которой Alvarez наиболее известен и которая сыграла главную роль в авиации, особенно в послевоенном берлинском воздушном мосте, была Ground Controlled Approach GCA. Используя диполь антенну Alvarez для достижения очень высокого углового разрешения, GCA позволяет операторам радара, работающим на земле и наблюдающим специальные дисплеи высокой точности, направлять приземляющийся самолёт на взлётно-посадочную полосу, передавая словесные команды пилоту. Система была простой, прямой и хорошо работала, даже с ранее не обученными пилотами. Она была настолько успешной, что военные продолжали использовать её много лет после войны, и она всё ещё использовалась в некоторых странах в 1980-х годах. Alvarez был награждён Collier Trophy Национальной аэронавтической ассоциации в 1945 году «за его заметное и выдающееся участие в концепции и разработке системы Ground Control Approach для безопасного приземления самолётов при любых погодных условиях и условиях движения».
Alvarez провёл лето 1943 года в England, тестируя GCA, приземляя самолёты, возвращающиеся с боевых действий в плохую погоду, а также обучая британцев использованию этой системы. Там он встретил молодого Arthur C. Clarke, который был техником RAF radar. Clarke впоследствии использовал свой опыт на станции радарных исследований в качестве основы для своего романа Glide Path, который содержит тонко замаскированную версию Alvarez. Clarke и Alvarez развили долгосрочную дружбу.
Манхэттенский проект
Осенью 1943 года Alvarez вернулся в Соединённые Штаты с предложением от Robert Oppenheimer работать в Los Alamos над Манхэттенским проектом. Но Oppenheimer предложил ему сначала провести несколько месяцев в Чикагском университете, работая с Enrico Fermi, прежде чем прийти в Los Alamos. В течение этих месяцев генерал Leslie Groves попросил Alvarez придумать способ, с помощью которого США могли бы узнать, работают ли немцы на каких-либо ядерных реакторах и, если да, где они находятся. Alvarez предложил, что самолёт может нести систему для обнаружения радиоактивных газов, которые производит реактор, особенно ксенон 133. Оборудование действительно летало над Germany, но не обнаружило радиоактивный ксенон, потому что немцы не построили реактор, способный на цепную реакцию. Это была первая идея мониторинга продуктов деления для сбора разведданных. Это стало чрезвычайно важным после войны.
В результате его радарной работы и нескольких месяцев, проведённых с Fermi, Alvarez прибыл в Los Alamos весной 1944 года, позже, чем многие его современники. Работа над «Little Boy» урановой бомбой была далеко продвинута, поэтому Alvarez стал участвовать в проектировании «Fat Man» плутониевой бомбы. Метод, использованный для урана, заключающийся в доведении двух подкритических масс вместе с помощью типа пушки, не работал бы с плутонием, потому что высокий уровень фонового спонтанного нейтронов вызвал бы деления, как только две части приблизились бы друг к другу, поэтому тепло и расширение заставили бы систему развалиться, прежде чем много энергии было бы выпущено. Было решено использовать почти критическую сферу плутония и быстро сжимать её с помощью взрывчатого вещества в гораздо меньший и плотный ядро, техническая проблема того времени.
Для создания симметричного импlosion, необходимого для сжатия ядра плутония до требуемой плотности, тридцать два взрывных заряда должны были быть одновременно взорваны вокруг сферического ядра. Используя обычные
