[Mi padre] me aconsejó que me sentara cada pocos meses en mi silla de lectura durante toda una noche, cerrara los ojos e intentara pensar en nuevos problemas para resolver. Tomé su consejo muy en serio y desde entonces me he alegrado de que lo hiciera.
Luis Walter Alvarez fue un físico experimental estadounidense, inventor y profesor que recibió el Premio Nobel de Física en 1968 por el desarrollo de la cámara de burbujas de hidrógeno que permitió el descubrimiento de estados de resonancia en la física de partículas. La American Journal of Physics comentó: "Luis Alvarez fue uno de los físicos experimentales más brillantes y productivos del siglo veinte".
Después de recibir su doctorado de la Universidad de Chicago en 1936, Alvarez fue a trabajar para Ernest Lawrence en el Laboratorio de Radiación de la Universidad de California, Berkeley. Alvarez ideó un conjunto de experimentos para observar la captura de electrones K en núcleos radiactivos, predicha por la teoría de desintegración beta pero nunca antes observada. Produjo tritio usando el ciclotrón y midió su vida útil. En colaboración con Felix Bloch, midió el momento magnético del neutrón.
En 1940 Alvarez se unió al Laboratorio de Radiación del MIT, donde contribuyó a una serie de proyectos de radar de la Segunda Guerra Mundial, desde mejoras tempranas a los radiadores de identificación amigo o enemigo IFF, ahora llamados respondedores, hasta un sistema conocido como VIXEN para evitar que los submarinos enemigos se dieran cuenta de que habían sido detectados por los nuevos radares de microondas aerotransportados. Los submarinos enemigos esperaban hasta que la señal de radar se hacía fuerte y luego se sumergían, escapando del ataque. Pero VIXEN transmitía una señal de radar cuya intensidad era el cubo de la distancia al submarino, de modo que cuando se aproximaban al submarino, la señal, según la medida del submarino, se debilitaba progresivamente, y el submarino asumía que el avión se estaba alejando y no se sumergía. El sistema de radar por el que Alvarez es más conocido y que ha jugado un papel importante en la aviación, particularmente en el puente aéreo de Berlín de la posguerra, fue Ground Controlled Approach GCA. Alvarez pasó unos pocos meses en la Universidad de Chicago trabajando en reactores nucleares para Enrico Fermi antes de venir a Los Alamos para trabajar para Robert Oppenheimer en el proyecto Manhattan. Alvarez trabajó en el diseño de lentes explosivas y el desarrollo de detonadores de alambre explosivo. Como miembro del Proyecto Alberta, observó la prueba nuclear Trinity desde un B-29 Superfortress, y luego el bombardeo de Hiroshima desde el B-29 The Great Artiste.
Después de la guerra Alvarez estuvo involucrado en el diseño de una cámara de burbujas de hidrógeno líquido que permitía a su equipo tomar millones de fotografías de interacciones de partículas, desarrollar sistemas informáticos complejos para medir y analizar estas interacciones, y descubrir familias enteras de nuevas partículas y estados de resonancia. Este trabajo resultó en que le fuera otorgado el Premio Nobel en 1968. Estuvo involucrado en un proyecto para radiografiar las pirámides egipcias en busca de cámaras desconocidas. Con su hijo, geólogo Walter Alvarez, desarrolló la hipótesis Alvarez que propone que el evento de extinción que acabó con los dinosaurios no aviares fue el resultado de un impacto de asteroide.
Alvarez fue miembro del JASON Defense Advisory Group, del Bohemian Club y del Partido Republicano.
Primeros años
Luis Walter Alvarez nació en San Francisco el 13 de junio de 1911, el segundo hijo e hijo mayor de Walter C. Alvarez, médico, y su esposa Harriet de soltera Smyth, y nieto de Luis F. Álvarez, médico español, nacido en Asturias, España, que vivió en Cuba durante un tiempo y finalmente se estableció en Estados Unidos, quien encontró un mejor método para diagnosticar la lepra macular. Tenía una hermana mayor, Gladys, un hermano menor, Bob, y una hermana menor, Bernice. Su tía, Mabel Alvarez, era una artista californiana especializada en pintura al óleo.
Asistió a Madison School en San Francisco de 1918 a 1924, y luego a San Francisco Polytechnic High School. En 1926, su padre se convirtió en investigador en la Clínica Mayo, y la familia se mudó a Rochester, Minnesota, donde Alvarez asistió a Rochester High School. Siempre había esperado asistir a la Universidad de California, Berkeley, pero por insistencia de sus maestros en Rochester, en su lugar fue a la Universidad de Chicago, donde recibió su licenciatura en 1932, su maestría en 1934, y su doctorado en 1936. Como estudiante de pregrado, pertenecía a la fraternidad Phi Gamma Delta. Como posgrado se mudó a Gamma Alpha.
En 1932, como estudiante de posgrado en Chicago, descubrió la física allí y tuvo la oportunidad poco común de utilizar el equipo del legendario físico Albert A. Michelson. Alvarez también construyó un aparato de tubos de contador Geiger dispuestos como un telescopio de rayos cósmicos, y bajo los auspicios de su asesor de facultad Arthur Compton, realizó un experimento en la Ciudad de México para medir el llamado efecto Este-Oeste de los rayos cósmicos. Al observar más radiación entrante desde el oeste, Alvarez concluyó que los rayos cósmicos primarios estaban cargados positivamente. Compton envió el artículo resultante a Physical Review, con el nombre de Alvarez en la parte superior.
Alvarez era agnóstico.
Primeros trabajos
La hermana de Alvarez, Gladys, trabajaba para Ernest Lawrence como secretaria a tiempo parcial, y mencionó a Alvarez a Lawrence. Lawrence entonces invitó a Alvarez a visitar la exposición Century of Progress en Chicago con él. Después de completar sus exámenes orales en 1936, Alvarez, ahora comprometido para casarse con Geraldine Smithwick, pidió a su hermana que viera si Lawrence tenía algún trabajo disponible en el Laboratorio de Radiación. Un telegrama pronto llegó de Gladys con una oferta de trabajo de Lawrence. Esto inició una larga asociación con la Universidad de California, Berkeley. Alvarez y Smithwick se casaron en una de las capillas de la Universidad de Chicago y luego se dirigieron a California. Tenían dos hijos, Walter y Jean. Se divorciaron en 1957. El 28 de diciembre de 1958, se casó con Janet L. Landis, y tuvo dos hijos más, Donald y Helen.
En el Laboratorio de Radiación trabajó con el equipo experimental de Lawrence, que contaba con el apoyo de un grupo de físicos teóricos encabezados por Robert Oppenheimer. Alvarez ideó un conjunto de experimentos para observar la captura de electrones K en núcleos radiactivos, predicha por la teoría de desintegración beta pero nunca observada. Utilizando imanes para apartar los positrones y electrones que emanaban de sus fuentes radiactivas, diseñó un contador Geiger de propósito especial para detectar solo los rayos X "suaves" provenientes de la captura K. Publicó sus resultados en Physical Review en 1937.
Cuando el deuterio hidrógeno-2 es bombardeado con deuterio, la reacción de fusión produce tritio hidrógeno-3 más un protón o helio-3 más un neutrón 2H + 2H → 3H + p o 3He + n. Esta es una de las reacciones de fusión más básicas y la base del arma termonuclear y la investigación actual sobre fusión nuclear controlada. En ese momento la estabilidad de estos dos productos de reacción era desconocida, pero basándose en teorías existentes Hans Bethe pensaba que el tritio sería estable y el helio-3 inestable. Alvarez probó lo contrario utilizando su conocimiento de los detalles de la operación del ciclotrón de 60 pulgadas. Ajustó la máquina para acelerar núcleos de helio-3 doblemente ionizados y fue capaz de obtener un haz de iones acelerados, utilizando así el ciclotrón como una especie de espectrómetro de masas súper. Como el helio acelerado provenía de pozos de gas profundos donde había estado durante millones de años, el componente de helio-3 tenía que ser estable. Posteriormente Alvarez produjo el tritio radiactivo utilizando el ciclotrón y la reacción 2H + 2H y midió su vida útil.
En 1938, nuevamente utilizando su conocimiento del ciclotrón e inventando lo que ahora se conoce como técnicas de tiempo de vuelo, Alvarez creó un haz monoestable de neutrones térmicos. Con esto comenzó una larga serie de experimentos, colaborando con Felix Bloch, para medir el momento magnético del neutrón. Su resultado de μ = 1.93±0.02 μN, publicado en 1940, fue un avance importante sobre trabajos anteriores.
Segunda Guerra Mundial
Laboratorio de Radiación
La Misión Tizard británica a Estados Unidos en 1940 demostró a los principales científicos estadounidenses la aplicación exitosa del magnetrón de cavidad para producir radar pulsado de longitud de onda corta. El Comité Nacional de Investigación en Defensa, establecido solo unos meses antes por el Presidente Franklin Roosevelt, creó un laboratorio nacional central en el Instituto Tecnológico de Massachusetts MIT con el propósito de desarrollar aplicaciones militares de radar de microondas. Lawrence inmediatamente reclutó a sus mejores "ciclotroneers", entre ellos Alvarez, quien se unió a este nuevo laboratorio, conocido como Laboratorio de Radiación, el 11 de noviembre de 1940. Alvarez contribuyó a una serie de proyectos de radar, desde mejoras tempranas a los radiadores de identificación amigo o enemigo IFF, ahora llamados respondedores, hasta un sistema conocido como VIXEN para evitar que los submarinos enemigos se dieran cuenta de que habían sido detectados por los nuevos radares de microondas aerotransportados.
Uno de los primeros proyectos fue construir equipos para hacer la transición del radar de onda larga británico al nuevo radar de banda de centímetros de microondas hecho posible por el magnetrón de cavidad. En el trabajo del sistema de alerta temprana de microondas MEW, Alvarez inventó una antena de matriz de dipolo lineal que no solo suprimía los lóbulos laterales no deseados del campo de radiación, sino que también podía ser escaneada electrónicamente sin la necesidad de exploración mecánica. Esta fue la primera antena de matriz en fase de microondas, y Alvarez la utilizó no solo en MEW sino en dos sistemas de radar adicionales. La antena permitió al radar de bombardeo de precisión Eagle apoyar bombardeos de precisión en mal tiempo o a través de nubes. Se completó bastante tarde en la guerra; aunque varios B-29 fueron equipados con Eagle y funcionó bien, llegó demasiado tarde para hacer mucha diferencia.
El sistema de radar por el que Alvarez es más conocido y que ha jugado un papel importante en la aviación, particularmente en el puente aéreo de Berlín de la posguerra, fue Ground Controlled Approach GCA. Utilizando la antena de dipolo de Alvarez para lograr una muy alta resolución angular, GCA permite a los operadores de radar basados en tierra que observan pantallas de precisión especiales guiar un avión en aterrizaje a la pista transmitiendo comandos verbales al piloto. El sistema era simple, directo y funcionaba bien, incluso con pilotos previamente sin entrenamiento. Fue tan exitoso que los militares continuaron usándolo durante muchos años después de la guerra, y aún estaba en uso en algunos países en los años 80. Alvarez recibió el Trofeo Collier de la Asociación Nacional de Aeronáutica en 1945 "por su iniciativa conspicua y destacada en el concepto y desarrollo del sistema Ground Control Approach para aterrizaje seguro de aeronaves en todas las condiciones climáticas y de tráfico".
Alvarez pasó el verano de 1943 en Inglaterra probando GCA, aterrizando aviones que regresaban de batalla en mal tiempo, y también entrenando a los británicos en el uso del sistema. Mientras estaba allí se encontró con el joven Arthur C. Clarke, quien era un técnico de radar de la RAF. Clarke posteriormente utilizó sus experiencias en la estación de investigación de radar como base para su novela Glide Path, que contiene una versión débilmente disfrazada de Alvarez. Clarke y Alvarez desarrollaron una amistad a largo plazo.
Proyecto Manhattan
En el otoño de 1943, Alvarez regresó a Estados Unidos con una oferta de Robert Oppenheimer para trabajar en Los Alamos en el proyecto Manhattan. Pero Oppenheimer sugirió que primero pasara unos pocos meses en la Universidad de Chicago trabajando con Enrico Fermi antes de venir a Los Alamos. Durante estos meses, el General Leslie Groves pidió a Alvarez que pensara en una forma en que los Estados Unidos pudieran averiguar si los alemanes estaban operando reactores nucleares, y si es así, dónde estaban. Alvarez sugirió que un avión podría transportar un sistema para detectar los gases radiactivos que produce un reactor, particularmente xenón 133. El equipo voló sobre Alemania, pero no detectó xenón radiactivo porque los alemanes no habían construido un reactor capaz de reacción en cadena. Esta fue la primera idea de monitoreo de productos de fisión para la recopilación de inteligencia. Se volvería extremadamente importante después de la guerra.
Como resultado de su trabajo en radar y los pocos meses pasados con Fermi, Alvarez llegó a Los Alamos en la primavera de 1944, más tarde que muchos de sus contemporáneos. El trabajo en "Little Boy" una bomba de uranio estaba muy avanzado, así que Alvarez se involucró en el diseño de "Fat Man" una bomba de plutonio. La técnica utilizada para uranio, la de forzar las dos masas sub-críticas juntas usando un tipo de arma, no funcionaría con plutonio porque el alto nivel de neutrones de fisión espontánea de fondo causaría fisiones tan pronto como las dos partes se acercaran una a la otra, por lo que el calor y la expansión forzarían el sistema aparte antes de que se libere mucha energía. Se decidió utilizar una esfera de plutonio casi crítica y comprimirla rápidamente mediante explosivos en un núcleo mucho más pequeño y denso, un desafío técnico en ese momento.
Para crear la implosión simétrica requerida para comprimir el núcleo de plutonio a la densidad requerida, treinta y dos cargas explosivas tenían que ser detonadas simultáneamente alrededor del núcleo esférico. Utilizando
