Umarız ki yakın gelecekte bu sonraki maceraya katılacak olacağız.
Ernest Orlando Lawrence, 1939 yılında siklotron icadı için Nobel Fizik Ödülü'nü kazanan öncü bir Amerikan nükleer bilimciydi. Manhattan Projesi için uranyum izotop ayrımı üzerine yaptığı çalışmalarıyla ve Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı ile Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'nı kurmasıyla bilinir.
Güney Dakota Üniversitesi ve Minnesota Üniversitesi mezunu olan Lawrence, 1925 yılında Yale'de fizik doktora derecesi aldı. 1928 yılında Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley'de fizik doçenti olarak işe alındı ve iki yıl sonra oradaki en genç profesör oldu. Kütüphanede bir akşam, yüksek enerjili parçacıklar üreten bir hızlandırıcının diyagramını görünce ilgilenmiş ve bunun nasıl daha kompakt hale getirilebileceğini düşünmüş, bir elektromanyetin kutupları arasında dairesel bir hızlandırma odası fikrini bulmuştur. Sonuç ilk siklotron olmuştur.
Lawrence daha sonra giderek daha büyük ve pahalı siklotronlar inşa etmeye devam etti. Radyasyon Laboratuvarı 1936 yılında Kaliforniya Üniversitesi'nin resmi bir departmanı haline geldi ve Lawrence onun direktörü oldu. Lawrence, siklotronun fizikte kullanılmasının yanı sıra radyoizotopların tıbbi kullanımları konusundaki araştırmalarda da destekledi. İkinci Dünya Savaşı sırasında Lawrence, Radyasyon Laboratuvarı'nda elektromanyetik izotop ayrımı geliştirdi. Kalutronu adıyla bilinen cihazları kullandı; bu standart laboratuvar kütle spektrometresi ile siklotronun bir meleziydi. Tennessee'nin Oak Ridge'inde Y-12 olarak adlandırılan muazzam bir elektromanyetik ayrım tesisi inşa edildi. Süreç verimsiz olsa da işe yaradı.
Savaştan sonra Lawrence, hükümetin büyük bilimsel programları desteklemesi için yaygın bir şekilde kampanya yürüttü ve büyük makineler ve büyük paraya ihtiyaç duyan "Büyük Bilim"in güçlü bir savunucusu oldu. Lawrence, Edward Teller'in ikinci bir nükleer silah laboratuvarı için yürüttüğü kampanyayı güçlü bir şekilde destekledi; Lawrence bunu Kaliforniya'nın Livermore şehrinde kurdu. Ölümünden sonra, Kaliforniya Üniversitesi'nin Yöneticileri, Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı ve Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'nı onun adıyla yeniden adlandırdı. 103 numaralı kimyasal element, 1961 yılında Berkeley'de keşfedildikten sonra lawrencium olarak onun anısına adlandırıldı.
Erken yaşam
Ernest Orlando Lawrence, 8 Ağustos 1901'de Güney Dakota'nın Canton şehrinde doğdu. Annesi ve babası Carl Gustavus ve Gunda adında (soyadı Jacobson) Lawrence, her ikisi de Canton'daki lisede öğretmen olarak çalışırken tanışan Norveçli göçmenlerin çocuklarıydı; babası aynı zamanda okulların müdürüydü. Daha genç bir kardeşi John H. Lawrence vardı ve bu kardeş doktor oldu, nükleer tıp alanında öncü olmuştur. Büyürken, en iyi arkadaşı ileride çok başarılı bir fizikçi olacak olan Merle Tuve'ydu.
Lawrence, Canton ve Pierre'in devlet okullarına gitti, sonra Minnesota'nın Northfield şehrinde St. Olaf Koleji'ne kaydoldu, ancak bir yıl sonra Vermont'taki Güney Dakota Üniversitesi'ne transfer oldu. 1922'de kimya alanında lisans derecesini tamamladı ve 1923 yılında Minnesota Üniversitesi'nden William Francis Gray Swann'ın danışmanlığında fizik alanında Master of Arts (M.A.) derecesi aldı. Yüksek lisans tezinde Lawrence, bir elipsoid'i manyetik alan içinde döndüren deneysel bir araç inşa etti.
Lawrence, Swann'ı Chicago Üniversitesi'ne, sonra Connecticut'taki New Haven'deki Yale Üniversitesi'ne takip etti; burada 1925 yılında Sloane Araştırmacısı olarak fizik alanında Doktora (Ph.D.) derecesini aldı ve potasyum buharında fotoelektrik etki konusunda doktora tezini yazdı. Sigma Xi'nin bir üyesi olarak seçildi ve Swann'ın tavsiyesi üzerine Ulusal Araştırma Konseyi bursunu aldı. Bunu zamanın gelenekleri gereği Avrupa'ya seyahat etmek için kullanmak yerine, Swann ile Yale Üniversitesi'nde araştırmacı olarak kaldı.
Virginia Üniversitesi'nden Jesse Beams ile Lawrence, fotoelektrik etki üzerine araştırmaya devam etti. Fotoelektronların fotonların fotoelektrik yüzeye çarpmasından 2 x 10−9 saniye içinde göründüğünü gösterdiler; bu, o zamanın ölçüm sınırına çok yakındı. Işık kaynağını hızlı bir şekilde açıp kapatarak emisyon zamanını azaltma, yayılan enerjinin spektrumunu Werner Heisenberg'in belirsizlik ilkesi ile uyumlu olacak şekilde daha geniş hale getirdi.
Erken kariyer
1926 ve 1927'de, Lawrence Seattle'daki Washington Üniversitesi ve Kaliforniya Üniversitesi'nden yıllık 3.500 dolar maaşla doçent pozisyonları aldı. Yale derhal teklifi eşleştirdi, ancak maaş 3.000 dolardı. Lawrence daha prestijli Yale'de kalmayı seçti; ancak hiçbir zaman öğretmen olmadığı için atama bazı meslektaşlarını rahatsız etti ve pek çokları tarafından Güney Dakota göçmen geçmişini dengelemek için yeterli kabul edilmedi.
Lawrence, 1928 yılında Kaliforniya Üniversitesi'ne fizik doçenti olarak işe alındı ve iki yıl sonra tam profesör oldu; üniversitenin en genç profesörü olmuştur. Lawrence'ın profesör olmasından bir gün sonra üniversite başkanı olan Robert Gordon Sproul, Bohemian Club'ın üyesiydi ve 1932'de Lawrence'ın üyeliğine sponsor oldu. Bu kulüp aracılığıyla Lawrence, William Henry Crocker, Edwin Pauley ve John Francis Neylan ile tanıştı. Bunlar, onun enerjik nükleer parçacık araştırmaları için para bulmasına yardımcı olan nüfuzlu kişilerdi. Parçacık fiziğinin gelişmesinden tıbbi kullanımlar için büyük umutlar vardı ve bu, Lawrence'ın elde edebildiği ilerlemeler için erken finansmanın çoğunun kaynağıydı.
Yale'de iken Lawrence, Mary Kimberly Molly Blumer ile tanıştı; o, Yale Tıp Fakültesi dekanı George Blumer'ın dört kızından en büyüğüydü. 1926'da ilk kez buluştular ve 1931'de nişanlandılar; 14 Mayıs 1932'de Connecticut'taki New Haven'deki Trinity Church on the Green'de evlendiler. Altı çocukları oldu: Eric, Margaret, Mary, Robert, Barbara ve Susan. Lawrence, oğlu Robert'ı, Berkeley'deki en yakın arkadaşı teorik fizikçi Robert Oppenheimer'ın adıyla adlandırdı. 1941'de Molly'nin kız kardeşi Elsie, 1951 yılında Kimya Nobel Ödülü'nü kazanacak olan Edwin McMillan ile evlendi.
Siklotronun gelişimi
İcat
Lawrence'ı uluslararası ün kazandıran icat, peçete kırıntısı üzerine bir taslak olarak başladı. 1929'da bir akşam kütüphanede otururken, Lawrence Rolf Widerøe'nin bir dergi makalesine baktı ve diyagramlarından birine ilişkin oldu. Bu, yüksek enerjili parçacıkları bir dizi küçük "itme" yoluyla üreten bir cihazı gösterdi. Tasvir edilen cihaz, giderek daha uzun elektrotlar kullanarak düz bir çizgiye yerleştirilmişti. O zaman, fizikçiler atom çekirdeğini keşfetmeye başlıyorlardı. 1919'da, Yeni Zelanda fizikçisi Ernest Rutherford, azota alfa parçacıkları atmıştı ve bazı çekirdeklerden protonları çıkarmayı başarmıştı. Ancak çekirdeklerin, diğer pozitif yüklü çekirdekleri itmeyi sağlayan pozitif bir yükü vardır ve fizikçilerin yeni anlıyorlar olduğu bir kuvvetle birbirine sıkı sıkıya bağlıdır. Onları kırmak, bozuntuya uğratmak, milyonlarca volt mertebesi çok daha yüksek enerjiler gerektirecektir.
Lawrence, böyle bir parçacık hızlandırıcısının kısa sürede üniversite laboratuvarı için çok uzun ve ağırlaştığını gördü. Hızlandırıcıyı daha kompakt hale getirmenin bir yolunu düşünürken, Lawrence bir elektromanyetin kutupları arasına dairesel bir hızlandırma odası yerleştirmeye karar verdi. Manyetik alan, yalnızca iki yarım dairesel elektrot arasında, bir alternatif potansiyele bağlı olarak hızlandırılırken yüklü protonları spiral bir yolda tutacaktır. Yüz tur kadar sonra, protonlar yüksek enerjili parçacıklar ışını olarak hedefe çarpacaktır. Lawrence heyecanla meslektaşlarına, herhangi bir yüksek voltaj kullanmadan çok yüksek enerjili parçacıklar elde etmenin bir yöntemini keşfettiğini söyledi. Başlangıçta Niels Edlefsen ile çalıştı. İlk siklotronları pirinç, tel ve mühür mumu'ndan yapılmıştı ve yalnızca dört inç (10 cm) çapındaydı; tam anlamıyla bir elde tutulabilirdi ve tamamı muhtemelen 25 dolara mal olmuştur.
Lawrence'ın fikrini geliştirmesi için ihtiyaç duyduğu şey, çalışmayı yapacak yeterli lisansüstü öğrenci idi. Edlefsen, Eylül 1930'da doçent pozisyonu almak için ayrıldı ve Lawrence onun yerine David H. Sloan ve M. Stanley Livingston'ı aldı; sırasıyla Widerøe'nin hızlandırıcısı ve Edlefsen'in siklotronunda çalışmak üzere atadı. Her ikisinin de kendi finansman desteği vardı. Her iki tasarım da pratik oldu ve Mayıs 1931'e kadar Sloan'ın doğrusal hızlandırıcısı iyonları 1 MeV'e hızlandırabildiydi. Livingston daha büyük bir teknik meydan okumayla karşılaştı; ancak 2 Ocak 1931'de 11 inçlik siklotronuna 1.800 V uyguladığında, 80.000 elektron voltluk protonlar dönüyordu. Bir hafta sonra, 3.000 V ile 1.22 MeV'e sahipti; bu, inşası hakkında doktora tezi için yeterinden fazlaydı.
Gelişim
Tekrar eden bir kalıp olacak şeyde, başarının ilk işareti göründüğünde, Lawrence yeni ve daha büyük bir makine planlama başladı. Lawrence ve Livingston, 1932'nin başlarında 27 inçlik (69 cm) siklotron için bir tasarım hazırladılar. 11 inçlik 800 dolarlık siklotronun mıknatısı 2 ton ağırlığındaydı; ancak Lawrence, Palo Alto'daki bir oto harita satışında orijinal olarak Birinci Dünya Savaşı sırasında transatlantik bir radyo bağlantısını güçlendirmek için inşa edilmiş 80 tonluk muazzam bir mıknatıs buldu. Siklotronunda güçlü bir bilimsel araç vardı, ancak bu bilimsel keşfe dönüşmedi. Nisan 1932'de, İngiltere'deki Cavendish Laboratuvarı'nda John Cockcroft ve Ernest Walton, lityuma protonlar attıklarını ve bunu helyuma dönüştürmeyi başardıklarını duyurdular. Gereken enerji oldukça düşük çıktı; 11 inçlik siklotronun kabiliyeti içindeydi. Bunu öğrendikten sonra Lawrence, Berkeley'ye bir tel gönderdi ve Cockcroft ve Walton'ın sonuçlarının doğrulanmasını istedi. Takım bunu doğrulamak için Eylül'e kadar sürdü; buna asıl olarak yeterli algılama aparatı olmaması neden oldu.
Önemli keşifler, Lawrence'ın Radyasyon Laboratuvarına ulaşmak için eluded olmaya devam etse de, temel olarak siklotronun geliştirilmesine odaklanması nedeniyle değil bilimsel kullanımı, giderek daha büyük makineleri aracılığıyla, Lawrence, yüksek enerji fiziğindeki deneyler için gerekli olan temel ekipmanı sağlayabiliyordu. Bu cihaz etrafında, 1930'larda nükleer fizik araştırması için dünyanın en başarılı laboratuvarını inşa etti. 1934'de siklotron için patent aldı; bunu Lawrence'ın erken çalışmasının çoğunu finanse eden özel bir kuruluş olan Research Corporation'a atadı.
Şubat 1936'da Harvard Üniversitesi başkanı James B. Conant, Lawrence ve Oppenheimer'a çekici teklifler yaptı. Kaliforniya Üniversitesi'nin başkanı Robert Gordon Sproul, koşulları geliştirerek yanıt verdi. Radyasyon Laboratuvarı, 1 Temmuz 1936'da Kaliforniya Üniversitesi'nin resmi bir departmanı haline geldi; Lawrence resmi olarak direktörü olarak atandı, tam zamanlı yardımcı direktörü vardı ve üniversite araştırma faaliyetleri için yılda 20.000 dolar ayırmayı kabul etti. Lawrence basit bir iş modeli kullandı: "Laboratuvarını fizik departmanının lisansüstü öğrencileri ve genç fakülte üyeleriyle, her şey için çalışmaya istekli yeni doktoralarla ve hiçbir şey için görev yapabilecek burslular ve zengin misafirlerle doldurdu."
Kabul
Yeni 27 inçlik siklotron kullanarak, Berkeley'deki takım, yeni keşfedilen deterityumla bombaladıkları her elementin enerji yayıltığını keşfetti ve aynı aralıkta da vardı. Bu nedenle, sınırsız enerjinin olası bir kaynağı olabilecek yeni ve daha önce bilinmeyen bir parçacığın varlığını postüle ettiler. The New York Times'ın William Laurence, Lawrence'ı "bilimin yeni mucize işçisi" olarak tanımladı. Cockcroft'ın davetine yanıt olarak Lawrence, Belçika'daki 1933 Solvay Konferansı'na katıldı. Bu, dünyanın en iyi fizikçilerinin düzenli bir toplantısıydı. Neredeyse tümü Avrupa'dan gelmeleri ancak ara sıra Robert A. Millikan veya Arthur Compton gibi olağanüstü bir Amerikan bilimci davet edilir katılırdı. Lawrence'ın siklotron konusunda bir sunuş yapması istendi. Lawrence'ın sınırsız enerji iddiası Solvay'da çok farklı bir karşılama buldu. 1932'de nötronun keşfedilmesi için aldığı ve 1935'te Nobel Ödülü'nü aldığı Cavendish Laboratuvarı'nın James Chadwick fizikçisinin acımasız bir şüphesine çarptı. Amerikan kulaklarına küçümseyici gelen İngilizce aksanı ile Chadwick, Lawrence'ın takımının gözlem yaptığı şeyin onların aparatının kirliliği olduğunu önerdi.
Berkeley'ye döndüğünde, Lawrence takımını Chadwick'i ikna etmek için yeterli kanıt toplamak amacıyla sonuçları titizlikle incelemek üzere mobilize etti. Bu arada, Cavendish laboratuvarında Rutherford ve Mark Oliphant, deterityumun heliyum-3 oluşturmak için birleştiğini ve siklotronerlerin gözlem yaptığı etkiye neden olduğunu buldular. Chadwick'in kontaminasyon gözlemlemişleri doğru olmakla kalmadı, aynı zamanda nükleer füzyon olan başka önemli bir keşfi de gözden kaçırmışlardı. Lawrence'ın tepkisi, daha da büyük siklotronlar oluşturmaya devam etmekti. 27-
