Ernest Orlando Lawrence (8 de agosto de 1901 - 27 de agosto de 1958) fue un físico nuclear estadounidense y ganador del Premio Nobel de Física en 1939 por su invención del ciclotrón . [1] Es conocido por su trabajo en la separación de isótopos de uranio para el Proyecto Manhattan , así como por fundar el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore .
Lawrence, graduado de la Universidad de Dakota del Sur y de la Universidad de Minnesota , obtuvo un doctorado en física en Yale en 1925. En 1928, fue contratado como profesor asociado de física en la Universidad de California, Berkeley , convirtiéndose en el profesor titular más joven allí dos años más tarde. Una noche, en su biblioteca, Lawrence se sintió intrigado por un diagrama de un acelerador que producía partículas de alta energía . Contempló cómo podría hacerse compacto y se le ocurrió una idea para una cámara de aceleración circular entre los polos de un electroimán . El resultado fue el primer ciclotrón.
Lawrence continuó construyendo una serie de ciclotrones cada vez más grandes y costosos. Su Laboratorio de Radiación se convirtió en un departamento oficial de la Universidad de California en 1936, con Lawrence como su director. Además del uso del ciclotrón para la física, Lawrence también apoyó su uso en la investigación de usos médicos de radioisótopos. Durante la Segunda Guerra Mundial , Lawrence desarrolló la separación electromagnética de isótopos en el Laboratorio de Radiación. Utilizaba dispositivos conocidos como calutrones , un híbrido del espectrómetro de masas de laboratorio estándar y el ciclotrón. Se construyó una enorme planta de separación electromagnética en Oak Ridge, Tennessee , que llegó a llamarse Y-12 . El proceso era ineficiente, pero funcionaba.
Después de la guerra, Lawrence hizo una amplia campaña para que el gobierno patrocinara grandes programas científicos y fue un enérgico defensor de la " gran ciencia ", con sus requisitos de grandes máquinas y grandes cantidades de dinero. Lawrence respaldó firmemente la campaña de Edward Teller para un segundo laboratorio de armas nucleares, que Lawrence instaló en Livermore, California . Después de su muerte, los regentes de la Universidad de California cambiaron el nombre del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en su honor. El elemento químico número 103 recibió el nombre de lawrencio en su honor después de su descubrimiento en Berkeley en 1961.
Ernest Orlando Lawrence nació en Canton, Dakota del Sur , el 8 de agosto de 1901. Sus padres, Carl Gustavus (1871-1954) y Gunda Regina (née Jacobson) Lawrence (1874-1959), eran ambos descendientes de inmigrantes noruegos que se habían conocido mientras enseñaban en la escuela secundaria de Canton, donde su padre también era superintendente de escuelas. Tenía un hermano menor, John H. Lawrence , que se convertiría en médico y fue pionero en el campo de la medicina nuclear . Al crecer, su mejor amigo fue Merle Tuve , quien también se convertiría en un físico muy talentoso. [2]
Lawrence asistió a las escuelas públicas de Canton y Pierre , luego se inscribió en el St. Olaf College en Northfield, Minnesota , pero se transfirió después de un año a la Universidad de Dakota del Sur en Vermillion . [3] Completó su licenciatura en química en 1922, [4] y su maestría en artes (MA) en física de la Universidad de Minnesota en 1923 bajo la supervisión de William Francis Gray Swann . Para su tesis de maestría, Lawrence construyó un aparato experimental que hacía girar un elipsoide a través de un campo magnético . [5] [6] [7]
Lawrence siguió a Swann a la Universidad de Chicago y luego a la Universidad de Yale en New Haven, Connecticut , donde Lawrence completó su doctorado en física en 1925 como investigador nacional, [8] escribiendo su tesis doctoral sobre el efecto fotoeléctrico en vapor de potasio. [9] [10] Fue elegido miembro de Sigma Xi y, por recomendación de Swann, recibió una beca del Consejo Nacional de Investigación . En lugar de utilizarla para viajar a Europa, como era habitual en ese momento, permaneció en la Universidad de Yale con Swann como investigador. [11]
Junto con Jesse Beams, de la Universidad de Virginia , Lawrence continuó investigando el efecto fotoeléctrico. Demostraron que los fotoelectrones aparecían en un plazo de 2 x 10 −9 segundos desde que los fotones chocaban con la superficie fotoeléctrica, cerca del límite de medición en ese momento. Al reducir el tiempo de emisión encendiendo y apagando rápidamente la fuente de luz, se amplió el espectro de energía emitida, de conformidad con el principio de incertidumbre de Werner Heisenberg . [12]
En 1926 y 1927, Lawrence recibió ofertas de cátedra asistente de la Universidad de Washington en Seattle y la Universidad de California con un salario de 3.500 dólares anuales (equivalentes a 61.400 dólares en 2023). Yale igualó rápidamente la oferta de cátedra asistente, pero con un salario de 3.000 dólares. Lawrence decidió quedarse en la prestigiosa Yale [13] , pero como nunca había sido profesor, el nombramiento fue resentido por algunos de sus compañeros de facultad y, a los ojos de muchos, todavía no compensaba su origen inmigrante de Dakota del Sur [14] .
Lawrence fue contratado como profesor asociado de física en la Universidad de California en 1928. Se convirtió en profesor titular dos años más tarde, convirtiéndose en el profesor más joven de la universidad. [8] Basado en el trabajo publicado en 1934 de Frédéric e Irène Joliot-Curie sobre radiactividad artificial , Lawrence descubrió el isótopo nitrógeno-13 disparando protones de alta energía en un elemento carbono-13 en su laboratorio. [15] Él y su equipo, incluidos Martin Kamen y Samuel Ruben, descubrieron accidentalmente el isótopo carbono-14 bombardeando grafito con protones de alta energía. [16] Robert Gordon Sproul , quien se convirtió en presidente de la universidad el día después de que Lawrence se convirtiera en profesor, [17] fue miembro del Bohemian Club y patrocinó la membresía de Lawrence en 1932. A través de este club, Lawrence conoció a William Henry Crocker , Edwin Pauley y John Francis Neylan . Eran hombres influyentes que le ayudaron a conseguir dinero para sus investigaciones sobre partículas nucleares energéticas. Había grandes esperanzas de que el desarrollo de la física de partículas pudiera tener aplicaciones médicas, y esto condujo a gran parte de la financiación inicial que Lawrence pudo obtener para la investigación. [18]
Mientras estaba en Yale, Lawrence conoció a Mary Kimberly (Molly) Blumer, la mayor de las cuatro hijas de George Blumer, el decano de la Escuela de Medicina de Yale . [19] [20] Se conocieron en 1926 y se comprometieron en 1931, [21] y se casaron el 14 de mayo de 1932 en Trinity Church on the Green en New Haven, Connecticut . [22] Tuvieron seis hijos: Eric, Margaret, Mary, Robert, Barbara y Susan. [19] [23] Lawrence nombró a su hijo Robert en honor al físico teórico Robert Oppenheimer , su amigo más cercano en Berkeley. [24] [25] [26] En 1941, la hermana de Molly, Elsie, se casó con Edwin McMillan , [21] quien ganaría el Premio Nobel de Química en 1951 con Glenn T. Seaborg . [27]
El invento que llevó a Lawrence a la fama internacional comenzó como un boceto en un trozo de servilleta de papel. Mientras estaba sentado en la biblioteca una noche de 1929, Lawrence echó un vistazo a un artículo de revista de Rolf Widerøe , [28] y se sintió intrigado por uno de los diagramas. [29] Este mostraba un dispositivo que producía partículas de alta energía mediante una sucesión de pequeños "empujones". El dispositivo representado estaba dispuesto en línea recta utilizando electrodos cada vez más largos. [30] En ese momento, los físicos estaban empezando a explorar el núcleo atómico . En 1919, el físico neozelandés Ernest Rutherford había disparado partículas alfa en nitrógeno y había logrado sacar protones de algunos de los núcleos. Pero los núcleos tienen una carga positiva que repele a otros núcleos con carga positiva, y están unidos estrechamente por una fuerza que los físicos apenas empezaban a comprender. Para romperlos, desintegrarlos, se necesitarían energías mucho más elevadas, del orden de millones de voltios. [31]
Lawrence se dio cuenta de que un acelerador de partículas de este tipo pronto se volvería demasiado largo y difícil de manejar para su laboratorio universitario. Al pensar en una forma de hacer el acelerador más compacto, Lawrence decidió colocar una cámara de aceleración circular entre los polos de un electroimán. El campo magnético mantendría a los protones cargados en una trayectoria espiral mientras eran acelerados entre solo dos electrodos semicirculares conectados a un potencial alterno. Después de unas cien vueltas, los protones impactarían en el objetivo como un haz de partículas de alta energía. Lawrence les dijo emocionado a sus colegas que había descubierto un método para obtener partículas de muy alta energía sin el uso de ningún alto voltaje. [32] Inicialmente trabajó con Niels Edlefsen. Su primer ciclotrón estaba hecho de latón, alambre y lacre y tenía solo cuatro pulgadas (10 cm) de diámetro: podía sostenerse en una mano y probablemente costaba un total de $ 25 (equivalente a $ 600 en 2023). [23] [33]
Lo que Lawrence necesitaba para desarrollar la idea eran estudiantes de posgrado capaces de hacer el trabajo. Edlefsen se fue para aceptar un puesto de profesor asistente en septiembre de 1930, y Lawrence lo reemplazó por David H. Sloan y M. Stanley Livingston , [26] a quienes puso a trabajar en el desarrollo del acelerador de Widerøe y el ciclotrón de Edlefsen, respectivamente. Ambos tenían su propio apoyo financiero. Ambos diseños demostraron ser prácticos y, en mayo de 1931, el acelerador lineal de Sloan podía acelerar iones a 1 MeV. [34] Livingston tenía un desafío técnico mayor, pero cuando aplicó 1.800 V a su ciclotrón de 11 pulgadas el 2 de enero de 1931, consiguió que 80.000 protones de electronvoltio giraran. Una semana después, tenía 1,22 MeV con 3.000 V, más que suficiente para su tesis doctoral sobre su construcción. [35]
En lo que se convertiría en un patrón recurrente, tan pronto como hubo la primera señal de éxito, Lawrence comenzó a planificar una máquina nueva y más grande. Lawrence y Livingston elaboraron un diseño para un ciclotrón de 27 pulgadas (69 cm) a principios de 1932. El imán para el ciclotrón de 11 pulgadas de $ 800 pesaba 2 toneladas, pero Lawrence encontró un imán masivo de 80 toneladas oxidado en un depósito de chatarra en Palo Alto para el de 27 pulgadas que originalmente se había construido durante la Primera Guerra Mundial para alimentar un enlace de radio transatlántico. [36] [37] En el ciclotrón, tenía un poderoso instrumento científico, pero esto no se tradujo en un descubrimiento científico. En abril de 1932, John Cockcroft y Ernest Walton en el Laboratorio Cavendish en Inglaterra anunciaron que habían bombardeado litio con protones y lograron transmutarlo en helio . La energía requerida resultó ser bastante baja, dentro de la capacidad del ciclotrón de 11 pulgadas. Al enterarse de ello, Lawrence envió un telegrama a Berkeley y pidió que se verificaran los resultados de Cockcroft y Walton. El equipo tardó hasta septiembre en hacerlo, principalmente debido a la falta de aparatos de detección adecuados. [38]
Aunque los descubrimientos importantes continuaron eludiendo al Radiation Laboratory de Lawrence , principalmente debido a su enfoque en el desarrollo del ciclotrón en lugar de su uso científico, a través de sus máquinas cada vez más grandes, Lawrence pudo proporcionar equipos cruciales necesarios para experimentos en física de alta energía . Alrededor de este dispositivo, construyó lo que se convirtió en el laboratorio más importante del mundo para el nuevo campo de investigación de la física nuclear en la década de 1930. Recibió una patente para el ciclotrón en 1934, [39] que asignó a la Research Corporation , [40] una fundación privada que financió gran parte del trabajo inicial de Lawrence. [41]
En febrero de 1936, el presidente de la Universidad de Harvard , James B. Conant , hizo atractivas ofertas a Lawrence y Oppenheimer. [42] El presidente de la Universidad de California, Robert Gordon Sproul , respondió mejorando las condiciones. El Laboratorio de Radiación se convirtió en un departamento oficial de la Universidad de California el 1 de julio de 1936, con Lawrence nombrado formalmente como su director, con un director asistente a tiempo completo, y la universidad acordó poner a disposición 20.000 dólares al año para sus actividades de investigación (equivalentes a 350.000 dólares en 2023). [43] Lawrence empleó un modelo de negocio simple: "Poner en su laboratorio a estudiantes de posgrado y profesores jóvenes del departamento de física, con nuevos doctores dispuestos a trabajar por cualquier cosa, y con becarios e invitados adinerados capaces de servir a cambio de nada". [44]
Utilizando el nuevo ciclotrón de 27 pulgadas, el equipo de Berkeley descubrió que cada elemento que bombardeaban con el recientemente descubierto deuterio emitía energía, y en el mismo rango. Por lo tanto, postularon la existencia de una partícula nueva y hasta entonces desconocida que era una posible fuente de energía ilimitada. [45] William Laurence del New York Times describió a Lawrence como "un nuevo hacedor de milagros de la ciencia". [46] Por invitación de Cockcroft, Lawrence asistió a la Conferencia Solvay de 1933 en Bélgica. Esta era una reunión regular de los mejores físicos del mundo. Casi todos eran de Europa, pero ocasionalmente se invitaba a asistir a un científico estadounidense destacado como Robert A. Millikan o Arthur Compton . A Lawrence se le pidió que diera una presentación sobre el ciclotrón. [47] Las afirmaciones de Lawrence sobre la energía ilimitada tuvieron una recepción muy diferente en Solvay. Se topó con un escepticismo fulminante por parte de James Chadwick , del Laboratorio Cavendish , el físico que había descubierto el neutrón en 1932, por el que recibió el Premio Nobel en 1935. Con un acento británico que sonó condescendiente a los oídos de Lawrence, Chadwick sugirió que lo que el equipo de Lawrence estaba observando era una contaminación de sus aparatos. [48]
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Cuando regresó a Berkeley, Lawrence movilizó a su equipo para que revisara minuciosamente los resultados y reuniera pruebas suficientes para convencer a Chadwick. Mientras tanto, en el laboratorio Cavendish, Rutherford y Mark Oliphant descubrieron que el deuterio se fusiona para formar helio-3 , que causa el efecto que habían observado los ciclotrones. Chadwick no solo tenía razón en que habían estado observando contaminación, sino que habían pasado por alto otro descubrimiento importante, el de la fusión nuclear. [49] La respuesta de Lawrence fue seguir adelante con la creación de ciclotrones aún más grandes. El ciclotrón de 27 pulgadas fue reemplazado por un ciclotrón de 37 pulgadas en junio de 1937, [50] que a su vez fue reemplazado por un ciclotrón de 60 pulgadas en mayo de 1939. Se utilizó para bombardear hierro y produjo sus primeros isótopos radiactivos en junio. [51]
Como era más fácil recaudar dinero para fines médicos, en particular para el tratamiento del cáncer, que para la física nuclear, Lawrence fomentó el uso del ciclotrón para la investigación médica. Trabajando con su hermano John e Israel Lyon Chaikoff del departamento de fisiología de la Universidad de California, Lawrence apoyó la investigación sobre el uso de isótopos radiactivos con fines terapéuticos. El fósforo-32 se producía fácilmente en el ciclotrón, y John lo utilizó para curar a una mujer que sufría policitemia vera , una enfermedad de la sangre. John utilizó el fósforo-32 creado en el ciclotrón de 37 pulgadas en 1938 en pruebas con ratones con leucemia . Descubrió que el fósforo radiactivo se concentraba en las células cancerosas de rápido crecimiento. Esto luego condujo a ensayos clínicos en pacientes humanos. Una evaluación de la terapia en 1948 mostró que se producían remisiones en determinadas circunstancias. [52] Lawrence también había esperado el uso médico de los neutrones. El primer paciente con cáncer recibió terapia de neutrones desde el ciclotrón de 60 pulgadas el 20 de noviembre. [51] Chaikoff realizó ensayos sobre el uso de isótopos radiactivos como trazadores radiactivos para explorar el mecanismo de las reacciones bioquímicas. [53]
Lawrence recibió el Premio Nobel de Física en noviembre de 1939 "por la invención y desarrollo del ciclotrón y por los resultados obtenidos con él, especialmente en relación con los elementos radiactivos artificiales". [54] Fue el primero en Berkeley, así como el primer ciudadano de Dakota del Sur en convertirse en Premio Nobel, y el primero en ser honrado así mientras estudiaba en una universidad financiada por el estado. La ceremonia del premio Nobel se celebró el 29 de febrero de 1940 en Berkeley, California , debido a la Segunda Guerra Mundial , en el auditorio del Wheeler Hall en el campus de la universidad. Lawrence recibió su medalla de manos de Carl E. Wallerstedt, el cónsul general de Suecia en San Francisco . [55] Robert W. Wood le escribió a Lawrence y señaló proféticamente: "Mientras estás sentando las bases para la explosión cataclísmica del uranio... estoy seguro de que el viejo Nobel lo aprobaría". [56]
En marzo de 1940, Arthur Compton , Vannevar Bush , James B. Conant , Karl T. Compton y Alfred Lee Loomis viajaron a Berkeley para discutir la propuesta de Lawrence de construir un ciclotrón de 184 pulgadas con un imán de 4500 toneladas cuyo coste se estimaba en 2,65 millones de dólares (equivalentes a 45.000.000 de dólares en 2023). La Fundación Rockefeller aportó 1,15 millones de dólares para poner en marcha el proyecto. [57]
Después del estallido de la Segunda Guerra Mundial en Europa, Lawrence se vio envuelto en proyectos militares. Ayudó a reclutar personal para el Laboratorio de Radiación del MIT , donde los físicos estadounidenses desarrollaron el magnetrón de cavidad inventado por el equipo de Mark Oliphant en Gran Bretaña. El nombre del nuevo laboratorio fue copiado deliberadamente del laboratorio de Lawrence en Berkeley por razones de seguridad. También se involucró en el reclutamiento de personal para laboratorios de sonido submarino para desarrollar técnicas para detectar submarinos alemanes. Mientras tanto, el trabajo continuó en Berkeley con ciclotrones. En diciembre de 1940, Glenn T. Seaborg y Emilio Segrè utilizaron el ciclotrón de 60 pulgadas (150 cm) para bombardear uranio-238 con deuterones produciendo un nuevo elemento, el neptunio-238 , que se descompuso por emisión beta para formar plutonio-238 . Uno de sus isótopos, el plutonio-239 , podía sufrir fisión nuclear, lo que proporcionó otra forma de fabricar una bomba atómica . [58] [59] [60]
Lawrence le ofreció a Segrè un trabajo como asistente de investigación (una posición relativamente modesta para alguien que había descubierto un elemento) por 300 dólares al mes durante seis meses. Sin embargo, cuando Lawrence se enteró de que Segrè estaba atrapado legalmente en California, redujo aún más el salario de Segrè a 116 dólares al mes. [61] Cuando los regentes de la Universidad de California quisieron despedir a Segrè debido a su nacionalidad extranjera, Lawrence logró retenerlo contratándolo como profesor a tiempo parcial pagado por la Fundación Rockefeller. Se hicieron arreglos similares para retener a sus estudiantes de doctorado Chien-Shiung Wu (ciudadano chino) y Kenneth Ross MacKenzie (ciudadano canadiense) cuando se graduaron. [62]
En septiembre de 1941, Oliphant se reunió con Lawrence y Oppenheimer en Berkeley, donde le mostraron el sitio para el nuevo ciclotrón de 184 pulgadas (4,7 m). Oliphant, a su vez, reprendió a los estadounidenses por no seguir las recomendaciones del Comité MAUD británico , que abogaba por un programa para desarrollar una bomba atómica . [63] Lawrence ya había pensado en el problema de separar el isótopo fisible uranio-235 del uranio-238 , un proceso conocido hoy como enriquecimiento de uranio . Separar los isótopos de uranio era difícil porque los dos isótopos tienen propiedades químicas casi idénticas y solo se podían separar gradualmente utilizando sus pequeñas diferencias de masa. La separación de isótopos con un espectrómetro de masas fue una técnica que Oliphant había sido pionero con el litio en 1934. [64]
Lawrence comenzó a convertir su viejo ciclotrón de 37 pulgadas en un espectrómetro de masas gigante. [65] Por recomendación suya, el director del Proyecto Manhattan , el general de brigada Leslie R. Groves Jr. , nombró a Oppenheimer jefe de su Laboratorio de Los Álamos en Nuevo México . Mientras que el laboratorio de Radiación desarrollaba el proceso de enriquecimiento electromagnético de uranio, el Laboratorio de Los Álamos diseñaba y construía las bombas atómicas. Al igual que el Laboratorio de Radiación, estaba dirigido por la Universidad de California. [66]
La separación electromagnética de isótopos se realizaba mediante dispositivos conocidos como calutrones , un híbrido de dos instrumentos de laboratorio, el espectrómetro de masas y el ciclotrón. El nombre deriva de "ciclotrones de la universidad de California". [67] En noviembre de 1943, el equipo de Lawrence en Berkeley fue reforzado por 29 científicos británicos, entre ellos Oliphant. [68] [69]
En el proceso electromagnético, un campo magnético desvía partículas cargadas en función de su masa. [70] El proceso no era ni científicamente elegante ni industrialmente eficiente. [71] En comparación con una planta de difusión gaseosa o un reactor nuclear , una planta de separación electromagnética consumiría materiales más escasos, requeriría más mano de obra para operar y costaría más construirla. No obstante, el proceso fue aprobado porque se basaba en tecnología probada y, por lo tanto, representaba menos riesgo. Además, podría construirse en etapas y alcanzaría rápidamente la capacidad industrial. [67]
La responsabilidad del diseño y la construcción de la planta de separación electromagnética en Oak Ridge, Tennessee , que pasó a llamarse Y-12 , fue asignada a Stone & Webster . Los calutrones, que utilizaban 14.700 toneladas de plata, fueron fabricados por Allis-Chalmers en Milwaukee y enviados a Oak Ridge. El diseño requería cinco unidades de procesamiento de primera etapa, conocidas como pistas de carreras Alpha, y dos unidades para el procesamiento final, conocidas como pistas de carreras Beta. En septiembre de 1943, Groves autorizó la construcción de cuatro pistas de carreras más, conocidas como Alpha II. [72] Cuando la planta se puso en marcha para las pruebas según lo programado en octubre de 1943, los tanques de vacío de 14 toneladas se desalinearon debido a la potencia de los imanes y tuvieron que sujetarse de forma más segura. Surgió un problema más grave cuando las bobinas magnéticas comenzaron a cortocircuitarse. En diciembre, Groves ordenó que se abriera un imán y se encontraron puñados de óxido en el interior. Groves ordenó entonces que se derribaran las pistas de carreras y que los imanes se enviaran de vuelta a la fábrica para limpiarlos. Se instaló una planta de decapado en el lugar para limpiar las tuberías y los accesorios. [71]
Tennessee Eastman fue contratado para gestionar el Y-12. [73] El Y-12 inicialmente enriqueció el contenido de uranio-235 a entre el 13% y el 15%, y envió los primeros cientos de gramos al laboratorio de Los Álamos en marzo de 1944. [74] Solo 1 parte de cada 5.825 del uranio de alimentación emergió como producto final. El resto se salpicó sobre el equipo en el proceso. Los arduos esfuerzos de recuperación ayudaron a aumentar la producción al 10% del uranio de alimentación en enero de 1945. En febrero, las pistas de carreras Alpha comenzaron a recibir alimentación ligeramente enriquecida (1,4%) de la nueva planta de difusión térmica S-50 . El mes siguiente recibió alimentación mejorada (5%) de la planta de difusión gaseosa K-25 . En abril de 1945, K-25 estaba produciendo uranio suficientemente enriquecido para alimentar directamente a las pistas Beta. [74]
El 16 de julio de 1945, Lawrence observó la prueba nuclear Trinity de la primera bomba atómica con Chadwick y Charles A. Thomas . Pocos estaban más entusiasmados con su éxito que Lawrence. [75] La cuestión de cómo utilizar el arma ahora funcional en Japón se convirtió en un problema para los científicos. Si bien Oppenheimer no estaba a favor de ninguna demostración del poder de la nueva arma a los líderes japoneses, Lawrence estaba convencido de que una demostración sería prudente. Cuando se utilizó una bomba de uranio sin previo aviso en el bombardeo atómico de Hiroshima , Lawrence se sintió muy orgulloso de su logro. [76]
Lawrence esperaba que el Proyecto Manhattan desarrollara calutrones mejorados y construyera pistas de carreras Alpha III, pero se consideró que no eran rentables. [77] Las pistas Alpha se cerraron en septiembre de 1945. Aunque funcionaban mejor que nunca, [78] no podían competir con las K-25 y las nuevas K-27, que comenzaron a funcionar en enero de 1946. En diciembre, se cerró la planta Y-12, lo que redujo la nómina de Tennessee Eastman de 8600 a 1500 y ahorró 2 millones de dólares al mes. [79] La cantidad de personal en el laboratorio de radiación cayó de 1086 en mayo de 1945 a 424 a fines de año. [80]
Después de la guerra, Lawrence hizo una amplia campaña para que el gobierno patrocinara grandes programas científicos. Fue un firme defensor de la Gran Ciencia con sus requisitos de grandes máquinas y grandes cantidades de dinero, y en 1946 pidió al Proyecto Manhattan más de 2 millones de dólares para la investigación en el Laboratorio de Radiación (equivalente a 24.000.000 de dólares en 2023). Groves aprobó el dinero, pero recortó una serie de programas, incluida la propuesta de Seaborg para un laboratorio de radiación "caliente" en la densamente poblada Berkeley, y la de John Lawrence para la producción de isótopos médicos, porque esta necesidad ahora podría satisfacerse mejor con reactores nucleares. Un obstáculo fue la Universidad de California, que estaba ansiosa por deshacerse de sus obligaciones militares en tiempos de guerra. Lawrence y Groves lograron persuadir a Sproul para que aceptara una extensión del contrato. [81] En 1946, el Proyecto Manhattan gastó 7 dólares en física en la Universidad de California por cada dólar gastado por la universidad. [82]
Para la mayoría de sus colegas, Lawrence parecía tener casi una aversión al pensamiento matemático. Tenía un enfoque intuitivo muy poco común para los problemas físicos complejos y, cuando le explicaban nuevas ideas, uno aprendía rápidamente a no confundir el asunto escribiendo la ecuación diferencial que pudiera parecer que aclaraba la situación. Lawrence decía algo así como que no quería que lo molestaran con los detalles matemáticos, sino "explícame la física del problema". Uno podía vivir cerca de él durante años y pensar que era casi un analfabeto matemático, pero luego se daba cuenta de que conservaba por completo su habilidad en las matemáticas de la electricidad y el magnetismo clásicos.
Luis Álvarez [83]
El ciclotrón de 184 pulgadas se completó con dólares de guerra del Proyecto Manhattan. Incorporó nuevas ideas de Ed McMillan y se completó como un sincrociclotrón . [84] Comenzó a funcionar el 13 de noviembre de 1946. [85] Por primera vez desde 1935, Lawrence participó activamente en los experimentos, trabajando con Eugene Gardner en un intento fallido de crear mesones pi recientemente descubiertos con el sincrotrón. César Lattes luego utilizó el aparato que habían creado para encontrar mesones pi negativos en 1948. [86]
La responsabilidad de los laboratorios nacionales pasó a la recién creada Comisión de Energía Atómica (AEC) el 1 de enero de 1947. [87] Ese año, Lawrence pidió 15 millones de dólares para sus proyectos (equivalentes a 161.000.000 de dólares en 2023), que incluían un nuevo acelerador lineal y un nuevo sincrotrón de gigaelectronvoltios que se conocería como el bevatrón . El contrato de la Universidad de California para gestionar el laboratorio de Los Álamos iba a expirar el 1 de julio de 1948, y algunos miembros de la junta deseaban despojar a la universidad de la responsabilidad de gestionar un sitio fuera de California. Después de algunas negociaciones, la universidad acordó extender el contrato para lo que ahora era el Laboratorio Nacional de Los Álamos por cuatro años más y nombrar a Norris Bradbury , que había reemplazado a Oppenheimer como su director en octubre de 1945, como profesor. Poco después, Lawrence recibió todos los fondos que había solicitado. [88]
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A pesar de que votó por Franklin Roosevelt , Lawrence era republicano , [89] que había desaprobado firmemente los esfuerzos de Oppenheimer antes de la guerra para sindicalizar a los trabajadores del Laboratorio de Radiación, que Lawrence consideraba "actividades izquierdistas". [90] Lawrence consideraba que la actividad política era una pérdida de tiempo que se podía emplear mejor en la investigación científica y prefería que se mantuviera fuera del Laboratorio de Radiación. [91] En el frío clima de la Guerra Fría de la Universidad de California de posguerra, Lawrence aceptó las acciones del Comité de Actividades Antiamericanas de la Cámara como legítimas y no las vio como indicativas de un problema sistémico que involucrara la libertad académica o los derechos humanos . Era protector de las personas en su laboratorio, pero aún más protector de la reputación del laboratorio. [91] Se vio obligado a defender a miembros del personal del Laboratorio de Radiación como Robert Serber , que fueron investigados por la Junta de Seguridad del Personal de la universidad. En varios casos, emitió referencias de carácter en apoyo del personal. Sin embargo, Lawrence excluyó al hermano de Robert Oppenheimer, Frank, del Laboratorio de Radiación, dañando su relación con Robert. [92] Una enconada campaña de juramento de lealtad en la Universidad de California también alejó a los miembros del profesorado. [93] Cuando se celebraron las audiencias para revocar la autorización de seguridad de Robert Oppenheimer, Lawrence se negó a asistir debido a una enfermedad, pero se presentó una transcripción en la que criticaba a Oppenheimer en su ausencia. El éxito de Lawrence en la construcción de un laboratorio creativo y colaborativo se vio socavado por el malestar y la desconfianza resultantes de las tensiones políticas. [91]
Lawrence se alarmó por la primera prueba nuclear de la Unión Soviética en agosto de 1949. La respuesta adecuada, concluyó, era un esfuerzo total para construir un arma nuclear más grande: la bomba de hidrógeno . [94] Propuso usar aceleradores en lugar de reactores nucleares para producir los neutrones necesarios para crear el tritio que requería la bomba, así como plutonio, que era más difícil, ya que se requerirían energías mucho más altas. [95] Primero propuso la construcción de Mark I, un prototipo de acelerador lineal de 25 MeV y 7 millones de dólares , con nombre en código Materials Test Accelerator (MTA). [95] [96] Pronto estaba hablando de un nuevo MTA aún más grande conocido como Mark II, que podría producir tritio o plutonio a partir de uranio empobrecido-238. Serber y Segrè intentaron en vano explicar los problemas técnicos que lo hacían impráctico, pero Lawrence sintió que estaban siendo antipatrióticos. [97] [98]
Lawrence apoyó firmemente la campaña de Edward Teller para un segundo laboratorio de armas nucleares, que Lawrence propuso ubicar junto al MTA Mark I en Livermore, California . Lawrence y Teller tuvieron que defender su caso no sólo ante la Comisión de Energía Atómica, que no lo quería, y el Laboratorio Nacional de Los Álamos, que se oponía implacablemente, sino también ante los defensores que sentían que Chicago era el sitio más obvio para ello. [99] El nuevo laboratorio en Livermore fue finalmente aprobado el 17 de julio de 1952, pero el MTA Mark II fue cancelado. Para entonces, la Comisión de Energía Atómica había gastado 45 millones de dólares en el Mark I, que había comenzado a funcionar, pero se utilizaba principalmente para producir polonio para el programa de armas nucleares. Mientras tanto, el Cosmotron del Laboratorio Nacional de Brookhaven había generado un haz de 1 GeV. [100]
Además del Premio Nobel, Lawrence recibió la Medalla Elliott Cresson y la Medalla Hughes en 1937, el Premio Comstock de Física en 1938, la Medalla y Premio Duddell en 1940, la Medalla Holley en 1942, la Medalla al Mérito en 1946, el Premio William Procter en 1951, la Medalla Faraday en 1952, [101] y el Premio Enrico Fermi de la Comisión de Energía Atómica en 1957. [102] Fue elegido miembro de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos en 1934, [103] y tanto de la Academia Estadounidense de las Artes y las Ciencias como de la Sociedad Filosófica Estadounidense en 1937. [104] [105] Fue nombrado Oficial de la Legión de Honor en 1948, [101] y fue el primer destinatario del Premio Sylvanus Thayer de la Academia Militar de los Estados Unidos en 1958. [106]
En julio de 1958, el presidente Dwight D. Eisenhower le pidió a Lawrence que viajara a Ginebra, Suiza , para ayudar a negociar un Tratado de Prohibición Parcial de Pruebas Nucleares propuesto con la Unión Soviética . El presidente de la AEC, Lewis Strauss, había presionado para la inclusión de Lawrence. Los dos hombres habían defendido el caso del desarrollo de la bomba de hidrógeno, y Strauss había ayudado a recaudar fondos para el ciclotrón de Lawrence en 1939. Strauss estaba interesado en que Lawrence fuera parte de la delegación de Ginebra porque se sabía que Lawrence estaba a favor de continuar con las pruebas nucleares. [107] A pesar de sufrir un brote grave de su colitis ulcerosa crónica , Lawrence decidió ir, pero enfermó mientras estaba en Ginebra y fue llevado de urgencia al hospital de la Universidad de Stanford . [108] Los cirujanos le extirparon gran parte de su intestino grueso , pero encontraron otros problemas, incluida una aterosclerosis grave en una de sus arterias. [109] Murió en el Hospital de Palo Alto el 27 de agosto de 1958, [6] [110] diecinueve días después de su 57 cumpleaños. [111] Molly no quería un funeral público, pero aceptó un servicio conmemorativo en la Primera Iglesia Congregacional en Berkeley. El presidente de la Universidad de California, Clark Kerr, pronunció el panegírico . [109]
Casi inmediatamente después de la muerte de Lawrence, los regentes de la Universidad de California votaron para cambiar el nombre de Lawrence a dos de los laboratorios de investigación nuclear de la universidad: el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . [112] El Premio Ernest Orlando Lawrence se estableció en su memoria en 1959. [113] El elemento químico número 103, descubierto en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en 1961, fue nombrado lawrencio en su honor. [114] En 1968 se estableció el centro público de educación científica Lawrence Hall of Science en su honor. [115] Sus documentos se encuentran en la Biblioteca Bancroft de la Universidad de California, Berkeley. [116]
En la década de 1980, la viuda de Lawrence solicitó a la Junta de Regentes de la Universidad de California en varias ocasiones que eliminara el nombre de su esposo del Laboratorio Lawrence Livermore, debido a su enfoque en las armas nucleares que Lawrence ayudó a construir, pero se le negó cada vez. [117] [118] [119] [120] Sobrevivió a su esposo por más de 44 años y murió en Walnut Creek, California , a la edad de 92 años el 6 de enero de 2003. [19] [20]
George B. Kauffman escribió que:
Antes de él, la “pequeña ciencia” la llevaban a cabo en gran medida individuos solitarios que trabajaban con medios modestos y en pequeña escala. Después de él, los enormes gastos industriales, y especialmente gubernamentales, en mano de obra y financiación monetaria hicieron de la “gran ciencia”, llevada a cabo por equipos de investigación a gran escala, un segmento importante de la economía nacional. [121]
Lawrence es interpretado por Josh Hartnett en la película Oppenheimer de Christopher Nolan de 2023. [122]
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