Junio de 1931: Lawrence y el Primer Ciclotrón
La foto de arriba es Lawrence y Livingston alrededor de 1933, junto con una foto del ciclotrón de mesa.
La década de 1920 marcó la transición de los Estados Unidos a una sociedad moderna basada en la tecnología, y también fue un período de logros individuales trascendentales. En el mundo de la ciencia, un profesor de física de 27 años en Berkeley, California, comenzó el trabajo que lanzaría una era moderna de laboratorios nacionales multidisciplinarios.
Ernest Orlando Lawrence nació en agosto de 1901 en un pequeño pueblo en la pradera de Dakota del Sur, de padres de ascendencia noruega. Cuando era adolescente, jugueteó con las radios, entrando en el St. Olaf College en Minnesota a los 16 años. Después de un año, se trasladó a la Universidad de Dakota del Sur, donde un profesor de ingeniería eléctrica lo convenció de que su interés por la radio estaría bien dirigido hacia una carrera en física en lugar de medicina. Después de graduarse con honores en 1922, realizó estudios avanzados en la Universidad de Minnesota con W. F. G. Swann, a quien Lawrence siguió a la Universidad de Chicago y luego a Yale, donde completó su doctorado en 1924 con una disertación sobre el efecto fotoeléctrico. Lawrence permaneció en Yale como becario postdoctoral, continuando su investigación sobre fotoelectricidad, y comenzó a trabajar sobre cómo se ionizan los átomos de un gas golpeado por electrones.
En 1928, Lawrence se unió a la facultad de la Universidad de California, Berkeley, con una posición que incluía conexiones con el Departamento de Química de la UCB. Este acceso a científicos y estudiantes de otras disciplinas fue fundamental para el éxito de Lawrence como investigador y estableció el patrón para el laboratorio único que creó posteriormente.
Inspirado en un artículo del ingeniero noruego Rolf Wideroe, Lawrence inventó un acelerador de partículas circular único que se conoció como ciclotrón. El concepto de Wideroe se basaba en usar el mismo potencial eléctrico dos veces, duplicando la energía al cambiar de potencial positivo a negativo para empujar iones y luego tirarlos. Lawrence consideró que el esquema lineal de Wideroe no era práctico para partículas atómicas de luz, ya que requeriría un tubo de vacío de varios metros de largo. Pero lo inspiró a pensar en cómo uno podría usar el mismo potencial varias veces en lugar de solo una vez. Concibió el uso de un campo magnético para doblar partículas cargadas en trayectorias circulares y así pasarlas a través de la misma región de aceleración una y otra vez.
La idea requería una combinación de técnicas sofisticadas: una cámara de alto vacío con campos eléctricos que variaban a frecuencias de radio y con algunos medios para mantener las partículas en un solo plano horizontal. El primer dispositivo de este tipo fue un brebaje en forma de pastel de gas, cera de sellado y bronce que también incorporaba una silla de cocina y un árbol de ropa de alambre para el funcionamiento. Este prototipo demostró que el concepto funcionaba.
Terminada en el verano de 1931, la cámara de aceleración del primer ciclotrón midió cinco pulgadas de diámetro e impulsó los iones de hidrógeno a una energía de 80.000 electrones voltios. Sus asistentes construyeron posteriormente el ciclotrón de 11 pulgadas, que rompió la barrera de un millón de electrones voltios (MeV), pero Lawrence ya estaba soñando con construir un ciclotrón con una cámara de aceleración de 27 pulgadas de diámetro y capaz de alcanzar energías de casi 5 MeV. En la necesidad de más espacio de laboratorio, Lawrence adquirió de la universidad un edificio vacío adyacente al departamento de física en agosto de 1931, que rebautizó como Laboratorio de Radiación, o «Laboratorio Rad».»
La cámara de aceleración de 27 pulgadas del primer ciclotrón del Rad Lab pronto fue reemplazada por una cámara de 37 pulgadas con una capacidad de aceleración de 8 MeV para deuterones y 16 MeV para partículas alfa. En 1936, la máquina se había utilizado para crear radioisótopos y el primer elemento artificial, el tecnecio. Alrededor de este tiempo, Lawrence invitó a su hermano, John, un médico, a unirse al laboratorio y explorar el uso de radioisótopos en biología e investigación médica, culminando en la construcción del Laboratorio Crocker, con una cámara de aceleración de 60 pulgadas de diámetro. Comenzó a funcionar en 1939. Ese mismo año, Lawrence fue galardonado con el Premio Nobel de Física en reconocimiento a su revolucionario dispositivo.
El siguiente ciclotrón de Lawrence presentaba un imán que pesaba 4.000 toneladas y una cámara de aceleración de 184 pulgadas de diámetro, capaz de acelerar partículas atómicas a energías superiores a 100 MeV. Para albergar la máquina y las instalaciones experimentales necesarias, se construyó un sitio permanente para el Laboratorio Rad en la cercana Colina Charter, completado en 1946.
El desarrollo del ciclotrón de Lawrence ayudó a cambiar nuestra comprensión de la naturaleza, de la estructura microscópica de la materia al metabolismo humano, del proceso de fotosíntesis a la creación de nuevos elementos químicos, incluido el número 103 (lawrencio). Lawrence también creó el modelo del laboratorio de grandes ciencias, dos de los cuales llevan su nombre: el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. Los laboratorios de Lawrence han impulsado el enfoque interdisciplinario en campos nuevos y fructíferos como la investigación ambiental, las fuentes de energía alternativas, la astrofísica y la biología molecular. Lawrence murió el 27 de agosto de 1958 de colitis crónica a la edad de 57 años.
Adaptado en parte de una exposición en línea del American Institute of Physics History Center, » The Legacy of E. O. Lawrence.»Véase http://www.aip.org/history/lawrence/ para la exposición completa.
