Luis Walter Alvarez, född 13 juni 1911 i San Francisco, död 1 september 1988 i Berkeley, var en amerikansk experimentell fysiker, uppfinnare och professor. Han tilldelades 1968 Nobelpriset i fysik för sin upptäckt av resonanstillstånd inom partikelfysik med hjälp av vätebubbelkammaren. År 2007 kommenterade American Journal of Physics: "Luis Alvarez var en av de mest briljanta och produktiva experimentella fysikerna under 1900-talet."
Biografi
Uppväxt och studier Luis Walter Alvarez föddes i en katolsk familj som andra barnet och äldste son till läkaren Walter C. Alvarez och hans hustru Harriet, född Smyth. Han hade en äldre syster, Gladys, en yngre bror, Bob, och en yngre syster, Bernice. Hans moster, Mabel Alvarez, var en kalifornisk konstnär som specialiserade sig på oljemålning.
Alvarez gick på Madison School i San Francisco från 1918 till 1924 och sedan på San Francisco Polytechnic High School. År 1926 blev hans far forskare vid Mayo Clinic, och familjen flyttade till Rochester, Minnesota, där Alvarez gick på Rochester High School. Han hade alltid förväntat sig att studera vid University of California, Berkeley, men på uppmaning av sina lärare i Rochester läste han istället vid University of Chicago, där han tog kandidatexamen 1932, magisterexamen 1934 och doktorsexamen 1936. Som grundstudent tillhörde han Phi Gamma Delta -broderskapet. Som doktorand flyttade han till Gamma Alpha.
Som doktorand i Chicago upptäckte han 1932 fysikområdet och fick möjlighet att använda den legendariske fysikern Albert A. Michelsons utrustning.Alfred B. Bortz. Physics: Decade by Decade. Facts On File, Incorporated; 2007. . p. 168. Alvarez konstruerade också en apparat av geigermätarrör arrangerade som ett kosmiskt strålteleskop, och under ledning av sin fakultetsrådgivare Arthur Compton genomförde han ett experiment i Mexico City för att mäta den så kallade öst-väst-effekten av kosmisk strålning. När Alvarez observerade mer inkommande strålning från väst drog han slutsatsen att primär kosmisk strålning var positivt laddad. Compton skickade in den resulterande artikeln till Physical Review med Alvarez namn överst.
Karriär och forskning miniatyr|Alvarez som doktorand hos Arthur Compton vid University of Chicago 1933. Genom sin syster fick Alvarez kontakt med Berkeley-fysikern Ernest Lawrence och år 1936 fick han ett erbjudande om arbete hos honom vilket ledde till ett långt samarbete med University of California, Berkeley och han flyttade till Kalifornien.
På strålningslaboratoriet arbetade han med Lawrences experimentteam, som stöddes av en grupp teoretiska fysiker under ledning av Robert Oppenheimer. Alvarez utarbetade en uppsättning experiment för att observera K-elektroninfångning i radioaktiva atomkärnor, vilket förutspåddes av betasönderfallsteorin men aldrig observerats. Genom att använda magneter för att svepa undan positronerna och elektronerna som utgick från hans radioaktiva källor konstruerade han en speciell geigermätare för att endast detektera de "mjuka" röntgenstrålarna som kom från K-infångningen. Han publicerade sina resultat i Physical Review 1937.
När deuterium (väte-2) bombarderas med deuterium, ger fusionsreaktionen antingen tritium (väte-3) plus en proton eller helium-3 plus en neutron (2H + 2H →3H + p eller 3He + n). Detta är en av de mest grundläggande fusionsreaktionerna och grunden för både termonukleära vapnen och den nuvarande forskningen om kontrollerad kärnfusion. Genom att använda sin kunskap om en cyklotronens drift visade Alvarez hur man kunde producera radioaktivt tritium med hjälp av cyklotronen och 2H +2H-reaktionen och mäta dess livslängd.
Genom att år 1938 återigen använda sin kunskap om cyklotronen och uppfinna det som nu kallas flygtidstekniker skapade Alvarez en monoenergetisk stråle av termiska neutroner. Med detta inledde han i samarbete med Felix Bloch en lång serie experiment för att mäta neutronens magnetiska moment. Deras resultat av μ0=1,93 ± 0,02 μN, publicerad 1940, var ett stort framsteg jämfört med tidigare arbete.
Manhattanprojektet Hösten 1943 fick Alvarez ett erbjudande från Robert Oppenheimer att arbeta vid Los Alamos med Manhattanprojektet. Först skulle han tillbringa några månader vid University of Chicago och arbeta med Enrico Fermi innan han kom till Los Alamos våren 1944. Arbetet med "Little Boy" (en uranbomb) var då långt gånget, så Alvarez blev involverad i designen av "Fat Man" (en plutoniumbomb). Tekniken som användes för uran, att tvinga samman de två subkritiska massorna med hjälp av en typ av kanon, fungerade inte med plutonium eftersom den höga nivån av spontana bakgrundsneutroner skulle orsaka klyvning så snart de två delarna närmade sig varandra, så värme och expansion skulle tvinga systemet isär innan mycket energi hade frigjorts. Man beslutade att använda en nästan kritisk sfär av plutonium och snabbt komprimera den med sprängämnen till en mycket mindre och tätare kärna, en teknisk utmaning på den tiden.
För att skapa den symmetriska implosion som krävdes för att komprimera plutoniumkärnan till den erforderliga densiteten skulle 32 sprängladdningar detoneras samtidigt runt den sfäriska kärnan. Med hjälp av konventionella sprängtekniker med sprängkapslar var framstegen mot att uppnå samtidighet inom en bråkdel av en mikrosekund avskräckande. Alvarez instruerade sin doktorand, Lawrence H. Johnston, att använda en stor kondensator för att leverera en högspänningsladdning direkt till varje spränglins och ersätta sprängkapslar med sprängbryggtrådsdetonatorer. Den exploderande tråden detonerade de trettiotvå laddningarna inom några tiondels mikrosekund. Uppfinningen var avgörande för framgången för kärnvapnet av implosionstyp. Han övervakade också RaLa-experimenten.
Alvarez sista uppgift för Manhattanprojektet, återigen i samarbete med Johnston, var att utveckla en uppsättning kalibrerade mikrofoner/sändare som skulle fallskärmsskjutas från ett flygplan för att mäta styrkan hos tryckvågen från atomexplosionen, så att forskarna kunde beräkna bombens energi. Efter att ha blivit utnämnd till överstelöjtnant i USA:s armé observerade han kärnvapenprovet Trinity från en B-29 Superfortress.
Medan de flög B-29 Superfortress The Great Artiste i formation med Enola Gay, mätte Alvarez och Johnston explosionseffekten av Little Boy-bomben som släpptes över Hiroshima. Några dagar senare, återigen med The Great Artiste, använde Johnston samma utrustning för att mäta styrkan i Nagasaki-explosionen.
Efter andra världskrigets slut 1945 blev Alvarez professor i fysik vid det lärosäte han ursprungligen hade velat gå på, University of California, Berkeley, och 1978 tilldelades han titeln professor emeritus.
Bubbelkammare
När Alvarez återvände till University of California, Berkeley som professor, hade han många idéer om hur han skulle använda sina kunskaper om radar från krigstiden för att förbättra partikelacceleratorer. Även om några av dessa skulle bära frukt, kom den "stora idén" från Edwin McMillan med hans koncept om fasstabilitet, vilket ledde till synkrocyklotronen. Genom att förfina och utvidga detta koncept byggde Lawrence-teamet världens då största protonaccelerator, Bevatron, som togs i bruk 1954. Även om Bevatron kunde producera stora mängder intressanta partiklar, särskilt vid sekundära kollisioner, var dessa komplexa interaktioner svåra att upptäcka och analysera vid den tiden.
Genom att utnyttja en ny utveckling för att visualisera partikelspår, skapad av Donald A. Glaser och känd som en bubbelkammare, insåg Alvarez att anordningen var precis vad som behövdes, om den bara kunde fås att fungera med flytande väte. Vätekärnor, som är protoner, var det enklaste och mest önskvärda målet för interaktioner med de partiklar som producerades av Bevatron. Han inledde ett utvecklingsprogram för att bygga en serie små kammare och förespråkade anordningen för Ernest Lawrence.
Detta program byggde en nästan 2,1 meter lång kammare med flytande vätebubblor, sysselsatte dussintals fysiker och doktorander tillsammans med hundratals ingenjörer och tekniker, tog miljontals fotografier av partikelinteraktioner, utvecklade datorsystem för att mäta och analysera interaktionerna och upptäckte familjer av nya partiklar och resonanstillstånd. Detta arbete resulterade i Nobelpriset i fysik för Alvarez 1968, "För hans avgörande bidrag till elementarpartikelfysiken, särskilt upptäckten av ett stort antal resonanstillstånd, möjliggjorda genom hans utveckling av tekniken att använda vätebubbelkammare och dataanalys."
Hypotesen om dinosaurieutrotning
År 1980 upptäckte Alvarez och hans son, geologen Walter Alvarez, tillsammans med kärnkemisterna Frank Asaro och Helen Michel, "en katastrof som bokstavligen skakade jorden och är en av de stora upptäckterna i jordens historia". De lade fram en teori om att massutdöendet vid krita/tertiär-gränsen för 65 miljoner år sedan berodde på ett meteoritnedslag. Meteoriten anses vara den som orsakade Chicxulubkratern under Yucatánhalvön i Mexiko.
Publiceringen av artikeln från 1980 ledde till kritik från geologiska källor, och en ofta bitter vetenskaplig debatt följde. Tio år senare, efter Alvarez död, hittades bevis för en stor nedslagskrater utanför Yucatánhalvöns kust i Mexiko, vilket stödde teorin. Andra forskare fann senare att dinosauriernas utrotning i slutet av kritaperioden kan ha skett snabbt i geologiska termer, över tusentals år, snarare än miljontals år som man tidigare antagit. Medan alternativa utrotningsteorier har föreslagits, inklusive ökad vulkanism vid Deccan-fällorna, är nedslagskraterteorin fortfarande dominerande bland relevanta forskare.
Andra aktiviteter, sista år Alvarez var agnostiker trots att hans far hade varit diakon i en kongregationalistisk kyrka.Alvarez: adventures of a physicist. Basic Books. 1987. p. 279. .
Alvarez dog den 1 september 1988 av komplikationer från en rad operationer av matstrupscancer. Hans kvarlevor kremerades och hans aska spreds över Monterey Bay. Hans dokument finns i The Bancroft Library vid University of California, Berkeley.
Verk
Publikationer i urval "Two-element variable-power spherical lens", Patent US3305294A (December 1964)
Patent Golf training deviceAlvarez, Luis W. (March 4, 1958). "Golf training device". U.S. Patent No. 2,825,569. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office. Electronuclear ReactorLawrence, E. O., McMillan, E. M., & Alvarez, L. W. (1960). Electronuclear Reactor (No. US 2933442). Optical range finder with variable angle exponential prismAlvarez, L. W. (24 januari 1967). "Optical range finder with variable angle exponential prism". U.S. Patent No. 3,299,768. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office. Two-element variable-power spherical lensAlvarez, Luis W. (February 21, 1967). "Two-element variable-power spherical lens". U.S. Patent 3,305,294. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office. Variable-power lens and systemAlvarez, Luis W., and William E. Humphrey. (21 april 1970). "Variable-power lens and system". U.S. Patent No. 3,507,565. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office. Subatomic particle detector with liquid electron multiplication mediumAlvarez, Luis W., Stephen E. Derenzo, Richard A. Muller, Robert G. Smits, and Haim Zaklad. (25 april 1972). "Subatomic particle detector with liquid electron multiplication medium". U.S. Patent No. 3,659,105. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office. Method of making Fresnelled optical element matrixAlvarez, L. (19 juni 1973). "Method of making fresnelled optical element matrix". U.S. Patent No. 3,739,455. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office. Optical element of reduced thicknessAlvarez, L. (August 6, 1974). "Optical element of reduced thickness". U.S. Patent No. 3,827,798. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.