[Mein Vater] riet mir, mich alle paar Monate für einen ganzen Abend in meinen Lesesessel zu setzen, die Augen zu schließen und zu versuchen, neue Probleme zu lösen. Ich nahm seinen Rat sehr ernst und bin seitdem dankbar dafür, dass er mir diesen Rat gegeben hat.
Luis Walter Alvarez war ein amerikanischer experimenteller Physiker, Erfinder und Professor, der 1968 den Nobelpreis für Physik für die Entwicklung der Wasserstoff-Blasenkammer erhielt, die die Entdeckung von Resonanzzuständen in der Teilchenphysik ermöglichte. Das American Journal of Physics kommentierte: „Luis Alvarez war einer der brillantesten und produktivsten experimentellen Physiker des zwanzigsten Jahrhunderts."
Nach Erhalt seines Doktorgrades von der University of Chicago im Jahr 1936 arbeitete Alvarez für Ernest Lawrence im Radiation Laboratory an der University of California, Berkeley. Alvarez entwarf eine Reihe von Experimenten zur Beobachtung der K-Elektroneneinfangung in radioaktiven Kernen, die durch die Beta-Zerfallstheorie vorhergesagt, aber noch nie beobachtet wurde. Er produzierte Tritium mit dem Zyklotron und maß dessen Lebensdauer. In Zusammenarbeit mit Felix Bloch maß er das magnetische Moment des Neutrons.
1940 trat Alvarez dem MIT Radiation Laboratory bei, wo er zu einer Reihe von Radarvorhaben des Zweiten Weltkriegs beitrug, von frühen Verbesserungen an Identification Friend or Foe IFF-Radarsendern, heute Transponder genannt, bis zu einem System namens VIXEN, das feindliche U-Boote davon abhielt zu erkennen, dass sie durch die neue luftgestützte Mikrowellen-Radaranlage entdeckt worden waren. Feindliche U-Boote warteten, bis das Radarsignal stärker wurde, und tauchten dann ab, um dem Angriff zu entgehen. Aber VIXEN sendete ein Radarsignal aus, dessen Stärke das Kubik der Entfernung zum U-Boot war, so dass, wenn sie sich dem U-Boot näherten, das Signal – wie vom U-Boot gemessen – allmählich schwächer wurde, und das U-Boot annahm, dass sich das Flugzeug entfernte und nicht abtauchte. Das Radarsystem, für das Alvarez am besten bekannt ist und das in der Luftfahrt eine wichtige Rolle gespielt hat, besonders in der Nachkriegs-Berliner Luftbrücke, war Ground Controlled Approach GCA. Alvarez verbrachte ein paar Monate an der University of Chicago und arbeitete mit Enrico Fermi an Kernreaktoren, bevor er zu Robert Oppenheimer nach Los Alamos zum Manhattan-Projekt kam. Alvarez arbeitete an der Gestaltung von Sprenglinsen und der Entwicklung von explodierenden Zündbrückenzündern. Als Mitglied des Projekts Alberta beobachtete er den Trinity-Atomtest von einer B-29 Superfortress aus, und später das Bombardement von Hiroshima von der B-29 The Great Artiste aus.
Nach dem Krieg war Alvarez an der Gestaltung einer flüssigen Wasserstoff-Blasenkammer beteiligt, die es seinem Team ermöglichte, Millionen von Fotografien von Teilchenwechselwirkungen zu machen, komplexe Computersysteme zur Messung und Analyse dieser Wechselwirkungen zu entwickeln und ganze Familien neuer Teilchen und Resonanzzustände zu entdecken. Diese Arbeit führte zu seiner Verleihung des Nobelpreises 1968. Er war an einem Projekt zur Röntgenaufnahme der ägyptischen Pyramiden beteiligt, um nach unbekannten Kammern zu suchen. Mit seinem Sohn, dem Geologen Walter Alvarez, entwickelte er die Alvarez-Hypothese, die vorschlägt, dass das Aussterben von Nicht-Vogel-Dinosauriern die Folge eines Asteroideneinschlags war.
Alvarez war Mitglied der JASON Defense Advisory Group, des Bohemian Club und der Republikanischen Partei.
Frühes Leben
Luis Walter Alvarez wurde in San Francisco am 13. Juni 1911 als zweites Kind und ältester Sohn von Walter C. Alvarez, einem Arzt, und seiner Frau Harriet geb. Smyth, und Enkel von Luis F. Álvarez, einem spanischen Arzt, geboren in Asturien, Spanien, der eine Zeit in Kuba lebte und sich schließlich in den Vereinigten Staaten niederließ, der eine bessere Methode zur Diagnose der makulären Lepra fand. Er hatte eine ältere Schwester, Gladys, einen jüngeren Bruder, Bob, und eine jüngere Schwester, Bernice. Seine Tante, Mabel Alvarez, war eine kalifornische Künstlerin, die sich auf Ölmalerei spezialisierte.
Er besuchte die Madison School in San Francisco von 1918 bis 1924 und dann die San Francisco Polytechnic High School. 1926 wurde sein Vater Forscher an der Mayo Clinic, und die Familie zog nach Rochester, Minnesota, wo Alvarez die Rochester High School besuchte. Er hatte immer erwartet, die University of California, Berkeley, zu besuchen, aber auf Drängen seiner Lehrer in Rochester besuchte er stattdessen die University of Chicago, wo er 1932 seinen Bachelor-Abschluss erhielt, 1934 seinen Master-Abschluss und 1936 seinen PhD. Als Undergraduate war er Mitglied der Phi Gamma Delta Verbindung. Als Doktorand wechselte er zu Gamma Alpha.
1932, als Doktorand in Chicago, entdeckte er dort die Physik und hatte die seltene Gelegenheit, die Ausrüstung des legendären Physikers Albert A. Michelson zu nutzen. Alvarez konstruierte auch ein Apparat aus Geigerzählerröhren, die als kosmisches Strahlungs-Teleskop angeordnet waren, und führte unter der Ägide seines Fakultätsberaters Arthur Compton ein Experiment in Mexiko-Stadt durch, um den sogenannten Ost-West-Effekt der kosmischen Strahlung zu messen. Bei der Beobachtung von mehr eingehender Strahlung aus dem Westen schloss Alvarez, dass primäre kosmische Strahlen positiv geladen waren. Compton reichte die resultierende Arbeit bei Physical Review ein, mit Alvarezs Namen an der Spitze.
Alvarez war ein Agnostiker.
Frühe Arbeiten
Alvarezs Schwester, Gladys, arbeitete als Teilzeitsekretärin für Ernest Lawrence und erwähnte Alvarez gegenüber Lawrence. Lawrence lud Alvarez dann zu einer Besichtigung der Century of Progress Ausstellung in Chicago mit ihm ein. Nachdem er 1936 seine mündlichen Prüfungen abgeschlossen hatte, fragte Alvarez, der nun verlobt war mit Geraldine Smithwick, seine Schwester, ob Lawrence irgendwelche Stellen im Radiation Laboratory zur Verfügung hätte. Bald darauf traf ein Telegramm von Gladys mit einem Stellenangebot von Lawrence ein. Dies markierte den Beginn einer langen Verbindung mit der University of California, Berkeley. Alvarez und Smithwick wurden in einer der Kapellen der University of Chicago geheiratet und machten sich dann auf den Weg nach Kalifornien. Sie hatten zwei Kinder, Walter und Jean. Sie wurden 1957 geschieden. Am 28. Dezember 1958 heiratete er Janet L. Landis und bekam zwei weitere Kinder, Donald und Helen.
Im Radiation Laboratory arbeitete er mit Lawrences experimentellem Team, das von einer Gruppe theoretischer Physiker unter der Leitung von Robert Oppenheimer unterstützt wurde. Alvarez entwarf eine Reihe von Experimenten zur Beobachtung der K-Elektroneneinfangung in radioaktiven Kernen, die durch die Beta-Zerfallstheorie vorhergesagt, aber nie beobachtet wurde. Mit Magneten, um die Positronen und Elektronen abzulenken, die von seinen radioaktiven Quellen ausgingen, entwarf er einen speziellen Geigerzähler, um nur die "weichen" Röntgenstrahlen aus der K-Einfangung zu erkennen. Er veröffentlichte seine Ergebnisse 1937 in der Physical Review.
Wenn Deuterium Wasserstoff-2 mit Deuterium bombardiert wird, ergibt die Fusionsreaktion entweder Tritium Wasserstoff-3 plus ein Proton oder Helium-3 plus ein Neutron 2H + 2H → 3H + p oder 3He + n. Dies ist eine der grundlegendsten Fusionsreaktionen und die Grundlage der Kernwaffe und der aktuellen Forschung zur gesteuerten Kernfusion. Zu dieser Zeit war die Stabilität dieser beiden Reaktionsprodukte unbekannt, aber basierend auf bestehenden Theorien dachte Hans Bethe, dass Tritium stabil und Helium-3 instabil wäre. Alvarez bewies das Gegenteil, indem er sein Wissen über die Details des 60-Zoll-Zyklotrons nutzte. Er stimmte die Maschine ab, um zweifach ionisierte Helium-3-Kerne zu beschleunigen und konnte einen Strahl beschleunigter Ionen erzeugen, wodurch er das Zyklotron als eine Art Super-Massenspektrometer nutzte. Da das beschleunigte Helium aus tiefen Gasbrunnen stammte, wo es Millionen von Jahren war, musste die Helium-3-Komponente stabil sein. Danach produzierte Alvarez das radioaktive Tritium mit dem Zyklotron und der 2H + 2H-Reaktion und maß seine Lebensdauer.
1938 erfand Alvarez, wieder mit seinem Wissen des Zyklotrons und der Erfindung dessen, was jetzt als Time-of-Flight-Techniken bekannt ist, einen monoenergetischen Strahl thermischer Neutronen. Damit begann er eine lange Serie von Experimenten, in Zusammenarbeit mit Felix Bloch, um das magnetische Moment des Neutrons zu messen. Ihr Ergebnis von μ = 1,93±0,02 μN, veröffentlicht 1940, war ein großer Fortschritt gegenüber früheren Arbeiten.
Zweiter Weltkrieg
Radiation Laboratory
Die britische Tizard Mission in die Vereinigten Staaten 1940 demonstrierte führenden amerikanischen Wissenschaftlern die erfolgreiche Anwendung des Hohlleiter-Magnetrons zur Erzeugung von Kurzwellen-Pulsradar. Das National Defense Research Committee, das nur wenige Monate zuvor von Präsident Franklin Roosevelt gegründet wurde, schuf ein zentrales nationales Labor am Massachusetts Institute of Technology MIT, um militärische Anwendungen von Mikrowellen-Radar zu entwickeln. Lawrence rekrutierte sofort seine besten „Zyklotroniere", darunter Alvarez, der dieses neue Labor, das als Radiation Laboratory bekannt ist, am 11. November 1940 betrat. Alvarez trug zu einer Reihe von Radarvorhaben bei, von frühen Verbesserungen an Identification Friend or Foe IFF-Radarsendern, heute Transponder genannt, bis zu einem System namens VIXEN zur Verhinderung, dass feindliche U-Boote realisierten, dass sie durch das neue luftgestützte Mikrowellen-Radar entdeckt worden waren.
Eines der ersten Projekte war der Aufbau von Ausrüstung zum Übergang vom britischen Langwellen-Radar zum neuen Mikrowellen-Zentimeterband-Radar, das durch das Hohlleiter-Magnetron ermöglicht wurde. Bei der Arbeit am Microwave Early Warning System MEW erfand Alvarez eine lineare Dipol-Array-Antenne, die nicht nur die unerwünschten Nebenkeulen des Strahlungsfeldes unterdrückte, sondern auch elektronisch gescannt werden konnte, ohne dass eine mechanische Abtastung erforderlich war. Dies war die erste Mikrowellen-Phased-Array-Antenne, und Alvarez nutzte sie nicht nur in MEW, sondern auch in zwei zusätzlichen Radarsystemen. Die Antenne ermöglichte das Eagle-Präzisions-Bombenradar, um Präzisionsbomben bei schlechtem Wetter oder durch Wolken zu unterstützen. Es wurde ziemlich spät im Krieg fertiggestellt; obwohl eine Reihe von B-29ern mit Eagle ausgestattet waren und es gut funktionierte, kam es zu spät, um viel Unterschied zu machen.
Das Radarsystem, für das Alvarez am besten bekannt ist und das in der Luftfahrt eine wichtige Rolle gespielt hat, besonders in der Nachkriegs-Berliner Luftbrücke, war Ground Controlled Approach GCA. Mit Alvarezs Dipol-Antenne, um eine sehr hohe Winkelauflösung zu erreichen, ermöglicht GCA bodengestützten Radaroperatoren, die spezielle Präzisionsdisplays beobachten, ein landetes Flugzeug zur Landebahn zu führen, indem sie Sprachbefehle an den Piloten übermitteln. Das System war einfach, direkt und funktionierte gut, auch bei zuvor untrainierten Piloten. Es war so erfolgreich, dass das Militär es viele Jahre nach dem Krieg weiterhin nutzte, und es war noch in den 1980er Jahren in einigen Ländern in Gebrauch. Alvarez erhielt 1945 die Collier Trophy der National Aeronautic Association „für seine offensichtliche und hervorragende Initiative bei der Konzeption und Entwicklung des Ground Control Approach Systems für sichere Landungen von Flugzeugen unter allen Wetter- und Verkehrsbedingungen".
Alvarez verbrachte den Sommer 1943 in England und testete GCA, landete Flugzeuge, die von Kampfmissionen bei schlechtem Wetter zurückkehrten, und schulte auch die Briten in der Verwendung des Systems. Dort traf er auf den jungen Arthur C. Clarke, der ein RAF-Radartechniker war. Clarke nutzte später seine Erfahrungen an der Radarforschungsstation als Grundlage für seinen Roman Glide Path, der eine dünne Verkleidung von Alvarez enthält. Clarke und Alvarez entwickelten eine langfristige Freundschaft.
Manhattan-Projekt
Im Herbst 1943 kehrte Alvarez in die Vereinigten Staaten mit einem Angebot von Robert Oppenheimer zurück, um in Los Alamos am Manhattan-Projekt zu arbeiten. Aber Oppenheimer schlug vor, dass er zunächst ein paar Monate an der University of Chicago mit Enrico Fermi verbringt, bevor er nach Los Alamos kommt. Während dieser Zeit bat General Leslie Groves Alvarez, sich zu überlegen, wie die USA herausfinden könnten, ob die Deutschen irgendwelche Kernreaktoren betrieben, und, wenn ja, wo sie waren. Alvarez schlug vor, dass ein Flugzeug ein System tragen könnte, um die radioaktiven Gase zu erkennen, die ein Reaktor produziert, besonders Xenon 133. Die Ausrüstung flog zwar über Deutschland, detektierte aber kein radioaktives Xenon, weil die Deutschen keinen Reaktor gebaut hatten, der eine Kettenreaktion ermöglichte. Dies war die erste Idee zur Überwachung von Spaltungsprodukten für Nachrichtensammlung. Sie würde nach dem Krieg äußerst wichtig werden.
Als Ergebnis seiner Radararbeiten und der wenigen Monate mit Fermi kam Alvarez im Frühjahr 1944 nach Los Alamos an, später als viele seiner Zeitgenossen. Die Arbeit an der „Little Boy", einer Uraniumbombe, war weit fortgeschritten, also wurde Alvarez in die Gestaltung der „Fat Man", einer Plutoniumbombe, eingebunden. Die Technik für Uran, die zwei unterkritischen Massen mit einer Art Gewehr zusammenzutreiben, würde mit Plutonium nicht funktionieren, weil der hohe Grad spontaner Neutronen Spaltungen verursachen würde, sobald die beiden Teile sich näherten, also würde Hitze und Expansion das System auseinandertreiben, bevor viel Energie freigesetzt wurde. Es wurde beschlossen, eine fast kritische Sphäre aus Plutonium zu verwenden und sie schnell durch Sprengstoff in einen viel kleineren und dichteren Kern zu komprimieren, eine technische Herausforderung zu der Zeit.
Um die symmetrische Implosion zu schaffen, die erforderlich ist, um den Plutoniumkern auf die erforderliche Dichte zu komprimieren, sollten zweiunddreißig Sprengladungen gleichzeitig um den kugelförmigen Kern gezündet werden. Mit konventionellen
