Charles H. Townes
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Charles Hard Townes. Físico y profesor estadounidense, laureado con el Premio Nobel de Física en 1964. Perfeccionó los métodos de bombardeo asistidos por radar. Conocido por sus trabajos sobre la teoría y las aplicaciones del máser óptico.
Sumario
Síntesis biográfica
Nacido en el seno de una familia de clase media formada por el abogado Henry Keith Townes y su esposa Ellen. Cursó sus estudios básicos y secundarios en centros públicos de su localidad natal, antes de ingresar en la Furman University de Greenville, donde, merced a su brillantez intelectual, obtuvo en 1935, con tan sólo diecinueve años de edad, los títulos de Bachiller en Ciencias Físicas y Bachiller en Lenguas Modernas.
Estudios y actividades laborales
Desde muy temprana edad, fascinado por la estructura de la Física mostró vivo interés por las Ciencias Naturales, materia en la que pronto desarrolló unos conocimientos prácticos que se sumaron al bagaje teórico que recibía en Furman.
Dichos saberes experimentales procedían de los trabajos que realizó para pagarse los estudios, ora como conservador del Museo de Historia Natural, ora como recolector en los terrenos cultivados por los investigadores de la Facultad de Biología de Furman.
Compaginó dichos estudios y estas actividades laborales con otras ocupaciones recreativas, como la natación y el fútbol americano, y con una intensa colaboración con el periódico universitario.
En la Universidad de Duke, obtuvo el título de Licenciado en Ciencias Físicas en 1936, y marchó a continuación al oeste de su país, con la intención de ampliar sus conocimientos en un centro tan prestigioso como el California Institute of Technology. Tras especializarse en el estudio de la Física Nuclear, recibió el título de Doctor en Ciencias Físicas en 1939, con una tesis centrada en la separación de los isótopos.
Vida personal
En 1941, contrajo matrimonio con Frances H. Brown, con la que habría de tener cuatro hijas (Linda Rosenwein, Ellen Anderson, Carla Lumsden y Holly).
Trabajo en Sistemas de radares
Ingresó luego de sus estudios, en los laboratorios de la célebre empresa Bell Company, donde, buena parte de la II Guerra Mundial (1939-1945), trabajó arduamente en el perfeccionamiento de los sistemas de radares, con especial atención, durante aquellos años, en la dirección de bombardeos por medio de este procedimiento tecnológico.
Tras patentar numerosos inventos relacionados con la tecnología del radar, Townes dirigió su atención a la espectroscopia, disciplina de la Física que él supo intuir como un poderoso instrumento para el estudio de los átomos y moléculas, así como una nueva base potencial para el control de las ondas electromagnéticas (que tan bien conocía Townes a raíz de sus investigaciones sobre el radar).
Inició su carrera docente en la Universidad de Columbia (Nueva York), en donde impartió clases de Física durante más de diez años (1948-1961). Continuó desplegando una infatigable labor de investigación acerca de la estructura de la molécula, el átomo y su núcleo, sirviéndose para ello de los espectros de microondas. En 1951, ideó el dispositivo del máser (amplificación de microondas por emisión estimulada de radiación), con el que, excitando moléculas de amoníaco, consiguió generar microondas de una carga energética infinitamente pequeña.
En 1958, trabajando en colaboración con su cuñado Arthur Leonard Schawlow (1921-1999), miembro de la Universidad de Stanford, Townes demostró teóricamente que, con un dispositivo similar, era posible generar ondas luminosas (en vez de microondas), que recibieron el nombre de láser.
Dirigió el Departamento de Física de su universidad desde 1952 hasta 1955. Entre 1959 y 1961, obtuvo una excedencia especial en la Universidad de Columbia para trabajar en exclusiva en el Institute for Defense Analyses (Instituto de Análisis para la Defensa) de Washington D.C., una entidad no lucrativa conformada por colaboradores de once universidades americanas. Townes fue Vicepresidente de dicha institución, y Director de su Departamento de Investigación.
Actividad docente e investigadora
En 1961, se incorporó al acreditado Instituto de Tecnología de Massachussets, donde fue nombrado máximo responsable de los programas científicos y educativos allí desarrollados. Sin embargo, en 1966 renunció a esta labor de dirección para volver a enfrascarse en sus actividades docentes e investigadoras. En 1967, abandonó el célebre MIT (Massachusetts Institute of Technology) para ingresar en el plantel de profesores de la Universidad de Berkeley (California), en la que dio clases e investigó hasta la fecha de su jubilación.
En calidad de becario de las fundaciones Guggenheim y Fulbright, Townes impartió cursos y conferencias en Europa (Universidad de París) y Asia (Universidad de Tokio) durante 1955 y 1956; y fue, asimismo, profesor invitado en los cursos de verano de la Universidad de Michigan, en la Escuela Internacional de Física Enrico Fermi (Italia) y en la Universidad de Toronto.
Galardonado, entre otros muchos premios y honores, con la Medalla de la NASA (1969) y la Medalla Internacional Niels Bohr (1979), Townes dejó impresas algunas obras de inestimable valor en todas las Facultades de Ciencias, como las tituladas Microwave spectroscopy (Espectroscopia de microondas, 1955) y Quantum electronics (Electrónica cuántica, 1960).
Máser y el láser
Desde su ingreso en la Universidad de Columbia, Townes se propuso desarrollar un aparato capaz de emitir microondas de gran intensidad, pero partiendo del nivel molecular y de la emisión de inducida de radiaciones, y no de los circuitos eléctricos. Esta idea ya la había formulado, muchos años antes, Albert Einstein (1879-1955); pero, debido a su complejidad, nunca había sido llevada a la práctica.
Dirigiendo un competente equipo de investigadores, llegó a la conclusión de que las moléculas poseen la capacidad de vibrar de tal manera que emitan vibraciones susceptibles de transformarse en radiación; y, decidido a poner en la práctica esta teoría, sometió a una fuerte estimulación a una moléculas de amoniaco, hasta lograr que vibrasen unos veinticuatro mil millones de veces por segundo, lo que, en las condiciones adecuadas, daba lugar a la aparición de radiación artificial.
En la década de 1950 Townes y su equipo disponían del bagaje teórico necesario para la construcción de un aparato emisor de microondas realmente operativo. Tardaron más de dos años en dar con su formato definitivo, que funcionaba por medio de la excitación de moléculas de amoniaco, expuestas a un rayo de microondas de la frecuencia natural de la molécula.Cada molécula estimulada por microondas emitía una energía de menos de una millonésima de watio, energía que, emitida y transmitida ya en forma de microondas, era a su vez enviada a otra molécula, la cual, por su parte emitía una nueva energía en forma de microondas.
El máser, construido por vez primera en 1953, tenía múltiples aplicaciones beneficiosas a la Física Experimental y, sobre todo, a la Tecnología aplicada, lo que animó a Townes a planear el empleo de moléculas de un sólido, para mejorar el proceso de amplificación de microondas. Así, en colaboración con su cuñado Arthur L. Schawlow, ideó el primer máser óptico, es decir, un dispositivo similar que, en vez de microondas, generaba ondas luminosas. Con los trabajos de Townes y Schawlow, el físico californiano Theodore Harold Maiman construyó, en 1960, el primer dispositivo de "amplificación de luz por emisión estimulada de radiación", o, dicho en inglés, Light Amplification by Stimulated Emision of Radiación, que pronto se abrevió en las siglas láser.
Enseguida se supo que las enormes cantidades de energía portadas por el máser óptico (o láser) daban lugar a interesantes aplicaciones industriales y tecnológicas. Al presentar todos sus rayos luminosos con la misma longitud de onda, éstos podían ser sometidos a una modulación similar a la de las ondas de radio, por lo que fueron aprovechados para mejorar las comunicaciones, ya que, entre otras ventajas sobre las ondas de radio convencionales, las ondas luminosas generadas por láser proporcionaban mayor espacio en cierta banda del espectro.
Años después de la creación del dispositivo máser y la formulación teórica del láser, Charles Hard Townes se dedicó a investigar la aplicación del primero de ellos a la radioastronomía, lo que le permitió localizar moléculas interestelares y, entre otros hallazgos, demostrar la existencia, en dicho ámbito, de agua y amoníaco.
Le es concedido el "Premio Templeton 2005" en reconocimiento a su labor en favor del acercamiento entre ciencia y religión.
Premios
- Premio Nobel de Física. (1964)
- Premio Templeton. (2005)
