[我的父亲]建议我每隔几个月就坐在我的阅读椅上整个晚上,闭上眼睛,尽量想到新的问题来解决。我非常认真地接受了他的建议,从那以后一直很感激他的忠告。
Luis Walter Alvarez是一位美国实验物理学家、发明家和教授,因开发氢气泡室而获得1968年诺贝尔物理学奖,该装置使发现粒子物理中的共振态成为可能。《美国物理学杂志》评论道:"Luis Alvarez是二十世纪最杰出和最富有成就的实验物理学家之一。"
Alvarez在1936年获得Chicago大学博士学位后,前往University of California, Berkeley的Radiation Laboratory为Ernest Lawrence工作。Alvarez设计了一系列实验来观察放射性核中的K电子俘获,这是由β衰变理论预言但从未观察到的现象。他用回旋加速器产生了氚,并测定了它的半衰期。与Felix Bloch合作,他测定了中子的磁矩。
1940年,Alvarez加入MIT Radiation Laboratory,在那里他对多个第二次世界大战雷达项目做出了贡献,从早期对识别友我雷达(IFF)信标(现称为应答器)的改进,到一个名为VIXEN的系统,该系统可防止敌方潜艇意识到它们已被新型机载微波雷达发现。敌方潜艇会等到雷达信号变强后再下潜以逃脱攻击。但VIXEN传输的雷达信号强度与到潜艇距离的立方成正比,所以当飞机靠近潜艇时,潜艇测得的信号逐渐减弱,潜艇就会认为飞机正在远离,因此不会下潜。Alvarez最著名的雷达系统是地面控制进近系统(GCA),它在航空中发挥了重要作用,特别是在战后Berlin空运中。Alvarez在University of Chicago与Enrico Fermi一起从事核反应堆工作几个月,然后来到Los Alamos为Robert Oppenheimer在曼哈顿计划中工作。Alvarez从事爆炸透镜的设计和爆炸引信雷管的开发工作。作为Project Alberta的成员,他乘坐B-29 Superfortress轰炸机从空中观察了Trinity核试验,后来又乘坐B-29"大艺术家"号轰炸机观察了广岛轰炸。
战后,Alvarez参与设计了液氢气泡室,使他的团队能够拍摄数百万张粒子相互作用的照片,开发复杂的计算机系统来测量和分析这些相互作用,并发现了整个新粒子和共振态的系列。这项工作使他在1968年获得诺贝尔奖。他参与了一个用X射线扫描埃及金字塔以寻找未知密室的项目。与他的儿子、地质学家Walter Alvarez一起,他开发了Alvarez假说,该假说提出导致非鸟类恐龙灭绝的灭绝事件是小行星撞击的结果。
Alvarez是JASON防御咨询小组、Bohemian Club和共和党的成员。
早年生活
Luis Walter Alvarez于1911年6月13日在San Francisco出生,是医生Walter C. Alvarez和其妻子Harriet(娘家姓Smyth)的第二个孩子和长子,也是Luis F. Álvarez的孙子。Luis F. Álvarez是一位西班牙医生,出生于Asturias, Spain,曾在Cuba生活,最后定居于美国,他发现了诊断斑纹型麻风病的更好方法。他有一个姐姐Gladys、一个弟弟Bob和一个妹妹Bernice。他的姑姑Mabel Alvarez是一位California艺术家,专门从事油画创作。
他从1918年到1924年就读于San Francisco的Madison School,随后进入San Francisco Polytechnic High School。1926年,他的父亲成为Mayo Clinic的研究人员,全家搬到了Minnesota的Rochester,Alvarez在那里进入Rochester High School。他一直希望进入University of California, Berkeley,但在Rochester高中老师的劝阻下,他转而进入University of Chicago,在那里他于1932年获得学士学位,1934年获得硕士学位,1936年获得博士学位。作为本科生,他属于Phi Gamma Delta兄弟会。作为研究生,他加入了Gamma Alpha。
1932年,作为Chicago的研究生,他发现了物理学,并有难得的机会使用传奇物理学家Albert A. Michelson的设备。Alvarez还制造了一个由Geiger计数管排列而成的宇宙射线望远镜装置,在他的指导教师Arthur Compton的指导下,在Mexico City进行了一次实验,用来测量所谓的宇宙射线的东-西效应。通过观察来自西方的更多入射辐射,Alvarez得出结论,初生宇宙射线带正电。Compton向《Physical Review》提交了最终论文,Alvarez的名字排在首位。
Alvarez是一位不可知论者。
早期工作
Alvarez的姐姐Gladys在Ernest Lawrence手下做兼职秘书,并向Lawrence提及了Alvarez。Lawrence随后邀请Alvarez与他一起参观Chicago的Century of Progress展览。在他于1936年完成口试后,现已与Geraldine Smithwick订婚的Alvarez要求他的姐姐看看Lawrence在Radiation Laboratory是否有工作。不久,Gladys发来一份来自Lawrence的工作邀约电报。这开始了他与University of California, Berkeley的长期关联。Alvarez和Smithwick在University of Chicago的一所教堂举行了婚礼,然后前往California。他们有两个孩子,Walter和Jean。他们于1957年离婚。1958年12月28日,他与Janet L. Landis结婚,又生了两个孩子,Donald和Helen。
在Radiation Laboratory,他与Lawrence的实验团队合作,该团队由Robert Oppenheimer领导的一组理论物理学家支持。Alvarez设计了一系列实验来观察放射性核中的K电子俘获,这是由β衰变理论预言但从未观察到的现象。他使用磁铁将来自放射源的正电子和电子偏离,并设计了一个特殊用途的Geiger计数器来仅检测来自K俘获的"软"X射线。他在1937年在《Physical Review》上发表了他的结果。

当氘(氢-2)用氘轰击时,核聚变反应产生氚(氢-3)加质子或氦-3加中子,2H + 2H → 3H + p或3He + n。这是最基本的核聚变反应之一,也是热核武器和当前受控核聚变研究的基础。当时这两种反应产物的稳定性未知,但根据现有理论,Hans Bethe认为氚是稳定的,氦-3是不稳定的。Alvarez通过利用他对60英寸回旋加速器运作细节的了解证明了相反的情况。他调整了该机器以加速双离子化的氦-3核,并能够获得加速离子束,从而将回旋加速器用作一种超级质量分析器。由于加速的氦来自于深气井,它已经存在了数百万年,氦-3成分必定是稳定的。之后,Alvarez使用回旋加速器和2H + 2H反应产生了放射性氚,并测定了它的半衰期。
1938年,Alvarez再次利用他对回旋加速器的知识,并发明了现在称为飞行时间技术的技术,创建了单能热中子束。凭借这个,他开始了一系列漫长的实验,与Felix Bloch合作测定中子的磁矩。他们在1940年发表的μ = 1.93±0.02 μN结果是对早期工作的重大进展。
第二次世界大战
Radiation Laboratory
1940年英国Tizard Mission对美国的访问向美国领先科学家展示了腔体磁控管在产生短波长脉冲雷达中的成功应用。仅在几个月前由总统Franklin Roosevelt建立的National Defense Research Committee在Massachusetts Institute of Technology(MIT)创建了一个中央国家实验室,目的是开发微波雷达的军事应用。Lawrence立即招募了他最优秀的"回旋加速器专家",其中包括Alvarez,他于1940年11月11日加入了这个新实验室,即Radiation Laboratory。Alvarez对多个雷达项目做出了贡献,从早期对识别友我(IFF)雷达信标(现称为应答器)的改进,到一个名为VIXEN的系统,该系统可防止敌方潜艇意识到它们已被新型机载微波雷达发现。
最初的项目之一是建造设备以从英国长波雷达过渡到由腔体磁控管实现的新型微波厘米波雷达。在从事微波预警系统(MEW)的工作中,Alvarez发明了一种线性偶极子阵列天线,它不仅抑制了辐射场的不需要的旁瓣,而且可以在不需要机械扫描的情况下进行电子扫描。这是第一个微波相控阵天线,Alvarez不仅在MEW中使用了它,还在两个额外的雷达系统中使用了它。该天线使Eagle精密轰炸雷达能够在恶劣天气或通过云层的情况下支持精密轰炸。它在战争后期才完成;虽然许多B-29都装备了Eagle,它工作良好,但它出现得太晚,没有产生太大影响。

Alvarez最著名的雷达系统,也是在航空中发挥了重要作用,特别是在战后Berlin空运中的系统,是地面控制进近系统(GCA)。利用Alvarez的偶极子天线实现非常高的角分辨率,GCA允许观看特殊精密显示器的地面雷达操作员通过向飞行员传输口头命令来引导着陆飞机进入跑道。该系统简单、直接且工作良好,即使对于以前未经训练的飞行员也是如此。它是如此成功,以至于军方在战争后继续使用它多年,到1980年代,它在某些国家仍在使用。Alvarez因"在所有天气和交通条件下为安全着陆飞机的地面控制进近系统的概念和开发中的显著杰出创新"获得1945年National Aeronautic Association的Collier Trophy。
Alvarez在1943年夏季在England花费时间测试GCA,在恶劣天气中着陆从战场返回的飞机,并培训英国人使用该系统。在那里,他遇见了年轻的Arthur C. Clarke,他是一名RAF雷达技术员。Clarke随后以他在雷达研究站的经历为基础创作了他的小说《Glide Path》,其中包含了Alvarez的一个薄伪装版本。Clarke和Alvarez建立了长期的友谊。
曼哈顿计划
1943年秋季,Alvarez返回美国,接到了Robert Oppenheimer的邀请,要求他在Los Alamos的曼哈顿计划中工作。但Oppenheimer建议他首先在University of Chicago与Enrico Fermi合作数个月后再来Los Alamos。在这几个月期间,将军Leslie Groves要求Alvarez想出一个办法,使美国能够查明德国是否在运行任何核反应堆,如果有的话,它们在哪里。Alvarez建议飞机可以携带一个系统来检测反应堆产生的放射性气体,特别是氙-133。该设备确实飞越了Germany,但没有检测到放射性氙,因为德国人没有建造能够进行链式反应的反应堆。这是监测核裂变产物用于情报收集的第一个想法。它在战争后会变得非常重要。
由于他的雷达工作和与Fermi一起度过的几个月,Alvarez在1944年春季抵达Los Alamos,比他的许多同代人晚。"小男孩"(铀弹)的工作已进行得很远,所以Alvarez开始从事"胖男人"(钚弹)的设计。用于铀的技术,即使用某种枪型装置将两个亚临界质量强行结合在一起,不能用于钚,因为高水平的背景自发中子会导致裂变,一旦两部分相互接近,所以热量和膨胀会在释放大量能量之前将系统分开。因此决定使用一个接近临界的钚球体,并通过炸药快速将其压缩成一个更小更密集的核,这在当时是一项技术挑战。

为了创建压缩钚核到所需密度所需的对称内爆,需要在球形核周围同时引爆三十二个炸药装置。使用常规



