1. ชีวิต
เออร์เนสต์ ออร์แลนโด ลอว์เรนซ์ มีเส้นทางชีวิตที่โดดเด่น ตั้งแต่วัยเด็กในครอบครัวผู้อพยพชาวนอร์เวย์ การศึกษาที่นำไปสู่การเป็นนักฟิสิกส์ชั้นนำ และการเริ่มต้นอาชีพนักวิจัยที่เต็มไปด้วยนวัตกรรม
1.1. วัยเด็กและการศึกษา
เออร์เนสต์ ออร์แลนโด ลอว์เรนซ์ เกิดที่เมืองแคนตัน รัฐเซาท์ดาโคตา เมื่อวันที่ 8 สิงหาคม ค.ศ. 1901 บิดามารดาของเขาคือ คาร์ล กุสตาวัส ลอว์เรนซ์ (ค.ศ. 1871-1954) และกุนดา เรจินา ลอว์เรนซ์ (สกุลเดิม จาคอบสัน; ค.ศ. 1874-1959) ทั้งคู่เป็นลูกหลานของผู้อพยพชาวนอร์เวย์ที่มาพบกันขณะสอนหนังสือที่โรงเรียนมัธยมในแคนตัน ซึ่งบิดาของเขาเป็นผู้อำนวยการโรงเรียนด้วย เขามีน้องชายหนึ่งคนคือ จอห์น เอช. ลอว์เรนซ์ ซึ่งต่อมาได้เป็นแพทย์และเป็นผู้บุกเบิกในสาขาเวชศาสตร์นิวเคลียร์ เพื่อนสนิทในวัยเด็กของเขาคือ เมิร์ล ทูฟ ซึ่งต่อมาก็เป็นนักฟิสิกส์ที่ประสบความสำเร็จอย่างสูงเช่นกัน
ลอว์เรนซ์เข้าเรียนในโรงเรียนรัฐบาลของเมืองแคนตันและปิแอร์ รัฐเซาท์ดาโคตา จากนั้นได้ลงทะเบียนเรียนที่วิทยาลัยเซนต์โอลาฟในนอร์ทฟิลด์ รัฐมินนิโซตา แต่ย้ายไปเรียนที่มหาวิทยาลัยเซาท์ดาโคตาในเวอร์มิลเลียน รัฐเซาท์ดาโคตา หลังจากเรียนได้หนึ่งปี เขาสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรีสาขาเคมีในปี ค.ศ. 1922 และได้รับปริญญาโทสาขาฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยมินนิโซตาในปี ค.ศ. 1923 ภายใต้การดูแลของวิลเลียม ฟรานซิส เกรย์ สวอนน์ สำหรับวิทยานิพนธ์ปริญญาโท ลอว์เรนซ์ได้สร้างเครื่องมือทดลองที่หมุนทรงรีผ่านสนามแม่เหล็ก
ลอว์เรนซ์ติดตามสวอนน์ไปยังมหาวิทยาลัยชิคาโก และจากนั้นไปมหาวิทยาลัยเยลในนิวเฮเวน รัฐคอนเนทิคัต ซึ่งลอว์เรนซ์สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอกสาขาฟิสิกส์ในปี ค.ศ. 1925 ในฐานะ National Research Fellow โดยเขียนวิทยานิพนธ์ปริญญาเอกเกี่ยวกับการศึกษาปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกในไอโพแทสเซียม เขาได้รับเลือกเป็นสมาชิกของ Sigma Xi และตามคำแนะนำของสวอนน์ ได้รับทุนวิจัยจากสภาวิจัยแห่งชาติสหรัฐอเมริกา แทนที่จะใช้ทุนเพื่อเดินทางไปยุโรปตามธรรมเนียมในสมัยนั้น เขากลับอยู่ที่มหาวิทยาลัยเยลกับสวอนน์ในฐานะนักวิจัย
ลอว์เรนซ์ยังคงวิจัยปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกกับเจสซี บีมส์จากมหาวิทยาลัยเวอร์จิเนีย พวกเขาแสดงให้เห็นว่าโฟโตอิเล็กตรอนปรากฏขึ้นภายใน 2 x 10-9 วินาที หลังจากที่โฟตอนกระทบพื้นผิวโฟโตอิเล็กทริก ซึ่งใกล้เคียงกับขีดจำกัดของการวัดในขณะนั้น การลดเวลาการปล่อยโดยการเปิดและปิดแหล่งกำเนิดแสงอย่างรวดเร็วทำให้สเปกตรัมของพลังงานที่ปล่อยออกมานั้นกว้างขึ้น ซึ่งสอดคล้องกับหลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก
1.2. อาชีพและงานวิจัยช่วงต้น
ในปี ค.ศ. 1926 และ ค.ศ. 1927 ลอว์เรนซ์ได้รับข้อเสนอตำแหน่งผู้ช่วยศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยวอชิงตันในซีแอตเทิล และมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ โดยมีเงินเดือน 3.50 K USD ต่อปี มหาวิทยาลัยเยลได้เสนอตำแหน่งผู้ช่วยศาสตราจารย์ให้เขาโดยทันที แต่มีเงินเดือน 3.00 K USD ลอว์เรนซ์เลือกที่จะอยู่ที่เยลซึ่งมีชื่อเสียงมากกว่า แต่เนื่องจากเขาไม่เคยเป็นผู้สอนมาก่อน การแต่งตั้งครั้งนี้จึงถูกต่อต้านจากเพื่อนร่วมงานบางคน และในสายตาของหลายคนก็ยังไม่ชดเชยภูมิหลังการเป็นผู้อพยพจากเซาท์ดาโคตาของเขา
ลอว์เรนซ์ได้รับการว่าจ้างให้เป็นรองศาสตราจารย์สาขาฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียในปี ค.ศ. 1928 และได้เป็นศาสตราจารย์เต็มตัวในอีกสองปีต่อมา ทำให้เขากลายเป็นศาสตราจารย์ที่อายุน้อยที่สุดของมหาวิทยาลัย จากงานวิจัยที่ตีพิมพ์ของเฟรเดริก โฌลิออต-กูรีและอีแรน โฌลิออต-กูรีในปี ค.ศ. 1934 เกี่ยวกับกัมมันตภาพรังสีเหนี่ยวนำ ลอว์เรนซ์ได้ค้นพบไอโซโทปไนโตรเจน-13 โดยการยิงโปรตอนพลังงานสูงเข้าใส่ธาตุคาร์บอน-13ในห้องปฏิบัติการของเขา เขากับทีมงาน ซึ่งรวมถึงมาร์ติน คาเมน และซามูเอล รูเบน ได้ค้นพบคาร์บอน-14โดยบังเอิญจากการระดมยิงแกรไฟต์ด้วยโปรตอนพลังงานสูง
โรเบิร์ต กอร์ดอน สเปราล์ ซึ่งเป็นอธิการบดีมหาวิทยาลัยในวันรุ่งขึ้นหลังจากที่ลอว์เรนซ์ได้เป็นศาสตราจารย์ เป็นสมาชิกของสโมสรโบฮีเมียน และเขาได้สนับสนุนการเป็นสมาชิกของลอว์เรนซ์ในปี ค.ศ. 1932 ผ่านสโมสรนี้ ลอว์เรนซ์ได้พบกับวิลเลียม เฮนรี คร็อกเกอร์, เอ็ดวิน พอลลีย์ และจอห์น ฟรานซิส นีย์แลน ซึ่งเป็นบุคคลผู้ทรงอิทธิพลที่ช่วยให้เขาได้รับเงินทุนสำหรับการวิจัยอนุภาคพลังงานสูง มีความหวังอย่างมากสำหรับการนำฟิสิกส์อนุภาคไปใช้ทางการแพทย์ และนี่เป็นส่วนสำคัญที่ทำให้ลอว์เรนซ์สามารถระดมทุนสำหรับการวิจัยในช่วงแรกได้
ระหว่างที่เยล ลอว์เรนซ์ได้พบกับ แมรี คิมเบอร์ลีย์ (มอลลี่) บลูเมอร์ บุตรสาวคนโตในบรรดาบุตรสาวสี่คนของจอร์จ บลูเมอร์ คณบดีคณะแพทยศาสตร์มหาวิทยาลัยเยล ทั้งคู่พบกันครั้งแรกในปี ค.ศ. 1926 และหมั้นกันในปี ค.ศ. 1931 และแต่งงานกันในวันที่ 14 พฤษภาคม ค.ศ. 1932 ที่โบสถ์ทรินิตีออนเดอะกรีนในนิวเฮเวน รัฐคอนเนทิคัต พวกเขามีบุตรหกคน ได้แก่ เอริก, มาร์กาเร็ต, แมรี, โรเบิร์ต, บาร์บารา และซูซาน ลอว์เรนซ์ตั้งชื่อบุตรชายของเขาว่า โรเบิร์ต ตามชื่อของนักฟิสิกส์ทฤษฎี โรเบิร์ต ออปเพนไฮเมอร์ ซึ่งเป็นเพื่อนสนิทที่สุดของเขาในเบิร์กลีย์ ในปี ค.ศ. 1941 เอลซี น้องสาวของมอลลี่ ได้แต่งงานกับเอ็ดวิน แมคมิลแลน ซึ่งต่อมาได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี ค.ศ. 1951 ร่วมกับเกลนน์ ที. ซีบอร์ก
2. กิจกรรมและผลงานสำคัญ
ลอว์เรนซ์มีผลงานทางวิทยาศาสตร์ที่โดดเด่น โดยเฉพาะการประดิษฐ์และพัฒนาไซโคลตรอน ซึ่งเป็นเครื่องมือสำคัญที่นำไปสู่การค้นพบทางวิทยาศาสตร์มากมาย รวมถึงการมีส่วนร่วมในโครงการแมนแฮตตัน และบทบาทในการกำหนดทิศทางนโยบายวิทยาศาสตร์หลังสงคราม
2.1. การประดิษฐ์และพัฒนาไซโคลตรอน
เครื่องเร่งอนุภาคไซโคลตรอนเป็นผลงานชิ้นเอกของลอว์เรนซ์ ซึ่งได้ปฏิวัติวงการฟิสิกส์นิวเคลียร์
2.1.1. แนวคิดและการพัฒนาช่วงต้น
การประดิษฐ์ที่ทำให้ลอว์เรนซ์มีชื่อเสียงระดับนานาชาติเริ่มต้นจากการร่างภาพบนกระดาษเช็ดปาก ในขณะที่นั่งอยู่ในห้องสมุดเย็นวันหนึ่งในปี ค.ศ. 1929 ลอว์เรนซ์ได้เหลือบไปเห็นบทความในวารสารของรอล์ฟ วีเดอเรอ และสนใจแผนภาพหนึ่ง ซึ่งแสดงถึงอุปกรณ์ที่ผลิตอนุภาคพลังงานสูงด้วยการ "ผลัก" เล็กๆ น้อยๆ หลายครั้ง อุปกรณ์ที่แสดงในภาพนั้นวางเรียงเป็นเส้นตรงโดยใช้ขั้วไฟฟ้าที่ยาวขึ้นเรื่อยๆ ในขณะนั้น นักฟิสิกส์เริ่มสำรวจนิวเคลียสของอะตอม ในปี ค.ศ. 1919 เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด นักฟิสิกส์ชาวนิวซีแลนด์ ได้ยิงอนุภาคแอลฟาเข้าใส่ไนโตรเจน และประสบความสำเร็จในการเคาะโปรตอนออกจากนิวเคลียสบางส่วน แต่นิวเคลียสมีประจุบวกที่ผลักนิวเคลียสที่มีประจุบวกอื่นๆ และถูกยึดเหนี่ยวไว้อย่างแน่นหนาด้วยแรงที่นักฟิสิกส์เพิ่งเริ่มเข้าใจ ในการทำลายพวกมันให้แตกตัว จะต้องใช้พลังงานที่สูงขึ้นมาก ในระดับล้านโวลต์
ลอว์เรนซ์เห็นว่าเครื่องเร่งอนุภาคดังกล่าวจะยาวเกินไปและไม่สะดวกสำหรับห้องปฏิบัติการของมหาวิทยาลัยของเขา ในการหาวิธีทำให้เครื่องเร่งอนุภาคมีขนาดกะทัดรัดขึ้น ลอว์เรนซ์ตัดสินใจที่จะวางห้องเร่งอนุภาคแบบวงกลมระหว่างขั้วของแม่เหล็กไฟฟ้า สนามแม่เหล็กจะยึดโปรตอนที่มีประจุไว้ในเส้นทางเกลียวขณะที่พวกมันถูกเร่งระหว่างขั้วไฟฟ้ากึ่งวงกลมสองขั้วที่เชื่อมต่อกับศักย์ไฟฟ้ากระแสสลับ หลังจากหมุนประมาณหนึ่งร้อยรอบ โปรตอนจะกระทบเป้าหมายเป็นลำอนุภาคพลังงานสูง ลอว์เรนซ์บอกเพื่อนร่วมงานของเขาอย่างตื่นเต้นว่าเขาได้ค้นพบวิธีการที่จะได้รับอนุภาคพลังงานสูงมากโดยไม่ต้องใช้ไฟฟ้าแรงสูง เขาเริ่มทำงานร่วมกับนีลส์ เอ็ดเลฟเซน ไซโคลตรอนเครื่องแรกของพวกเขาทำจากทองเหลือง ลวด และขี้ผึ้งปิดผนึก และมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 0.1 m (4 in) สามารถถือได้ด้วยมือเดียว และน่าจะมีค่าใช้จ่ายรวมประมาณ 25 USD
สิ่งที่ลอว์เรนซ์ต้องการเพื่อพัฒนาแนวคิดนี้คือนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาที่มีความสามารถในการทำงาน เอ็ดเลฟเซนลาออกเพื่อรับตำแหน่งผู้ช่วยศาสตราจารย์ในเดือนกันยายน ค.ศ. 1930 และลอว์เรนซ์ได้แทนที่เขาด้วยเดวิด เอช. สโลน และเอ็ม. สแตนลีย์ ลิฟวิงสตัน ซึ่งเขาได้มอบหมายให้ทำงานเกี่ยวกับการพัฒนาเครื่องเร่งอนุภาคของวีเดอเรอและไซโคลตรอนของเอ็ดเลฟเซนตามลำดับ ทั้งสองคนมีเงินทุนสนับสนุนของตนเอง การออกแบบทั้งสองแบบพิสูจน์แล้วว่าใช้งานได้จริง และภายในเดือนพฤษภาคม ค.ศ. 1931 เครื่องเร่งอนุภาคเชิงเส้นของสโลนสามารถเร่งไอออนได้ถึง 1 MeV ลิฟวิงสตันมีความท้าทายทางเทคนิคที่ยิ่งใหญ่กว่า แต่เมื่อเขานำไฟฟ้า 1,800 V ไปใช้กับไซโคลตรอนขนาด 0.3 m (11 in) ของเขาในวันที่ 2 มกราคม ค.ศ. 1931 เขาก็ได้โปรตอนพลังงาน 80,000 electron volt หมุนวนอยู่ สัปดาห์ต่อมา เขามีโปรตอนพลังงาน 1.22 MeV ด้วยไฟฟ้า 3,000 V ซึ่งเพียงพอสำหรับวิทยานิพนธ์ปริญญาเอกของเขาเกี่ยวกับการสร้างมัน
2.1.2. การขยายขนาดและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี
ในสิ่งที่กลายเป็นรูปแบบที่เกิดขึ้นซ้ำๆ ทันทีที่มีสัญญาณแรกของความสำเร็จ ลอว์เรนซ์ก็เริ่มวางแผนสร้างเครื่องจักรใหม่ที่ใหญ่ขึ้น ลอว์เรนซ์และลิฟวิงสตันได้ร่างแบบไซโคลตรอนขนาด 0.7 m (27 in) ในต้นปี ค.ศ. 1932 แม่เหล็กสำหรับไซโคลตรอนขนาด 0.3 m (11 in) ราคา 800 USD มีน้ำหนัก 2 t แต่ลอว์เรนซ์พบแม่เหล็กขนาดใหญ่หนัก 80 t ที่ขึ้นสนิมอยู่ในลานขยะในแพโลแอลโทสำหรับเครื่องขนาด 0.7 m (27 in) ซึ่งเดิมสร้างขึ้นในช่วงสงครามโลกครั้งที่หนึ่งเพื่อจ่ายไฟให้กับสายวิทยุข้ามมหาสมุทรแอตแลนติก
แม้ว่าการค้นพบที่สำคัญจะยังคงหลีกเลี่ยงห้องปฏิบัติการรังสีลอว์เรนซ์เบิร์กลีย์ของลอว์เรนซ์ไปได้ ส่วนใหญ่เนื่องจากห้องปฏิบัติการมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาไซโคลตรอนมากกว่าการใช้งานทางวิทยาศาสตร์ แต่ด้วยเครื่องจักรที่ใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ ของเขา ลอว์เรนซ์ก็สามารถจัดหาอุปกรณ์ที่สำคัญที่จำเป็นสำหรับการทดลองในฟิสิกส์พลังงานสูงได้ รอบๆ อุปกรณ์นี้ เขาได้สร้างสิ่งที่กลายเป็นห้องปฏิบัติการชั้นนำของโลกสำหรับสาขาใหม่ของการวิจัยฟิสิกส์นิวเคลียร์ในทศวรรษ 1930 เขาได้รับสิทธิบัตรสำหรับไซโคลตรอนในปี ค.ศ. 1934 ซึ่งเขามอบหมายให้แก่ Research Corporation ซึ่งเป็นมูลนิธิเอกชนที่ให้ทุนสนับสนุนงานในช่วงต้นของลอว์เรนซ์เป็นส่วนใหญ่
ในเดือนกุมภาพันธ์ ค.ศ. 1936 เจมส์ บี. โคนันต์ อธิการบดีของมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด ได้เสนอข้อเสนอที่น่าสนใจแก่ลอว์เรนซ์และออปเพนไฮเมอร์ โรเบิร์ต กอร์ดอน สเปราล์ อธิการบดีของมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ตอบสนองด้วยการปรับปรุงเงื่อนไข ห้องปฏิบัติการรังสีกลายเป็นแผนกอย่างเป็นทางการของมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียในวันที่ 1 กรกฎาคม ค.ศ. 1936 โดยลอว์เรนซ์ได้รับการแต่งตั้งอย่างเป็นทางการให้เป็นผู้อำนวยการ โดยมีผู้ช่วยผู้อำนวยการเต็มเวลา และมหาวิทยาลัยตกลงที่จะจัดสรรเงิน 20.00 K USD ต่อปีสำหรับกิจกรรมการวิจัยของห้องปฏิบัติการ ลอว์เรนซ์ใช้รูปแบบธุรกิจที่เรียบง่าย: "เขาจัดหาบุคลากรในห้องปฏิบัติการของเขาด้วยนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาและคณาจารย์รุ่นเยาว์ของภาควิชาฟิสิกส์ ด้วยผู้ที่เพิ่งได้รับปริญญาเอกที่เต็มใจทำงานเพื่ออะไรก็ได้ และด้วยผู้ที่ได้รับทุนและแขกผู้มั่งคั่งที่สามารถทำงานให้โดยไม่คิดค่าตอบแทน"
2.1.3. การยอมรับทางวิทยาศาสตร์และความท้าทาย
การใช้ไซโคลตรอนขนาด 0.7 m (27 in) ใหม่ ทีมงานที่เบิร์กลีย์ค้นพบว่าทุกธาตุที่พวกเขาระดมยิงด้วยดิวเทอเรียมที่เพิ่งค้นพบนั้นปล่อยพลังงานออกมา และอยู่ในช่วงเดียวกัน ดังนั้นพวกเขาจึงตั้งสมมติฐานถึงการมีอยู่ของอนุภาคใหม่ที่ไม่รู้จักมาก่อนซึ่งเป็นแหล่งพลังงานที่ไร้ขีดจำกัด วิลเลียม ลอว์เรนซ์ แห่ง เดอะนิวยอร์กไทมส์ บรรยายลอว์เรนซ์ว่าเป็น "ผู้สร้างปาฏิหาริย์คนใหม่แห่งวิทยาศาสตร์" ตามคำเชิญของค็อกครอฟต์ ลอว์เรนซ์ได้เข้าร่วมการประชุมโซลเวย์ในปี ค.ศ. 1933 ที่ประเทศเบลเยียม ซึ่งเป็นการรวมตัวกันประจำของนักฟิสิกส์ชั้นนำของโลก เกือบทั้งหมดมาจากยุโรป แต่บางครั้งนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันที่โดดเด่น เช่น โรเบิร์ต เอ. มิลลิแกน หรืออาร์เธอร์ คอมป์ตัน ก็ได้รับเชิญให้เข้าร่วม ลอว์เรนซ์ถูกขอให้บรรยายเกี่ยวกับไซโคลตรอน
คำกล่าวอ้างของลอว์เรนซ์เกี่ยวกับพลังงานที่ไร้ขีดจำกัดได้รับการตอบรับที่แตกต่างกันมากในการประชุมโซลเวย์ เขาได้รับการตั้งข้อสงสัยอย่างรุนแรงจากเจมส์ แชดวิก แห่งห้องปฏิบัติการคาเวนดิช ซึ่งเป็นนักฟิสิกส์ผู้ค้นพบนิวตรอนในปี ค.ศ. 1932 ซึ่งทำให้เขาได้รับรางวัลโนเบลในปี ค.ศ. 1935 แชดวิกแนะนำว่าสิ่งที่ทีมของลอว์เรนซ์สังเกตเห็นคือการปนเปื้อนของอุปกรณ์
เมื่อเขากลับมาที่เบิร์กลีย์ ลอว์เรนซ์ได้ระดมทีมงานของเขาเพื่อตรวจสอบผลลัพธ์อย่างละเอียดเพื่อรวบรวมหลักฐานให้เพียงพอที่จะโน้มน้าวแชดวิก ในขณะเดียวกัน ที่ห้องปฏิบัติการคาเวนดิช รัทเทอร์ฟอร์ดและมาร์ก โอลิแฟนท์ พบว่าดิวเทอเรียมฟิวชันกันเพื่อก่อตัวเป็นฮีเลียม-3 ซึ่งทำให้เกิดผลกระทบที่นักไซโคลตรอนได้สังเกตเห็น แชดวิกไม่เพียงแต่ถูกต้องที่พวกเขาสังเกตเห็นการปนเปื้อน แต่พวกเขายังมองข้ามการค้นพบที่สำคัญอีกอย่างหนึ่ง นั่นคือฟิวชันนิวเคลียร์ การตอบสนองของลอว์เรนซ์คือการสร้างไซโคลตรอนที่ใหญ่ขึ้นไปอีก ไซโคลตรอนขนาด 0.7 m (27 in) ถูกแทนที่ด้วยไซโคลตรอนขนาด 0.9 m (37 in) ในเดือนมิถุนายน ค.ศ. 1937 ซึ่งต่อมาถูกแทนที่ด้วยไซโคลตรอนขนาด 1.5 m (60 in) ในเดือนพฤษภาคม ค.ศ. 1939 มันถูกใช้เพื่อระดมยิงเหล็กและผลิตไอโซโทปกัมมันตรังสีชุดแรกในเดือนมิถุนายน
2.2. ผลงานทางวิทยาศาสตร์และการค้นพบ
การใช้ไซโคลตรอนในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์นำไปสู่การค้นพบที่สำคัญหลายประการ รวมถึงการประยุกต์ใช้ในการแพทย์และชีวเคมี
2.2.1. การค้นพบไอโซโทปและธาตุ
เนื่องจากเป็นการง่ายกว่าที่จะระดมทุนเพื่อวัตถุประสงค์ทางการแพทย์ โดยเฉพาะการรักษามะเร็ง มากกว่าฟิสิกส์นิวเคลียร์ ลอว์เรนซ์จึงสนับสนุนการใช้ไซโคลตรอนเพื่อการวิจัยทางการแพทย์ การทำงานร่วมกับจอห์น น้องชายของเขา และอิสราเอล ไลออน ไชคอฟ จากภาควิชาสรีรวิทยาของมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ลอว์เรนซ์สนับสนุนการวิจัยเกี่ยวกับการใช้ไอโซโทปกัมมันตรังสีเพื่อวัตถุประสงค์ในการรักษา ฟอสฟอรัส-32 สามารถผลิตได้ง่ายในไซโคลตรอน และจอห์นใช้มันเพื่อรักษาผู้หญิงที่ป่วยด้วยภาวะเม็ดเลือดแดงมากเกิน ซึ่งเป็นโรคเลือด จอห์นใช้ฟอสฟอรัส-32 ที่สร้างขึ้นในไซโคลตรอนขนาด 0.9 m (37 in) ในปี ค.ศ. 1938 ในการทดลองกับหนูที่เป็นมะเร็งเม็ดเลือดขาว เขาพบว่าฟอสฟอรัสกัมมันตรังสีจะไปรวมตัวกันในเซลล์มะเร็งที่เติบโตอย่างรวดเร็ว สิ่งนี้นำไปสู่การทดลองทางคลินิกกับผู้ป่วยที่เป็นมนุษย์ การประเมินการบำบัดในปี ค.ศ. 1948 แสดงให้เห็นว่าการทุเลาเกิดขึ้นภายใต้สถานการณ์บางอย่าง ลอว์เรนซ์ยังหวังที่จะใช้นิวตรอนทางการแพทย์ ผู้ป่วยมะเร็งรายแรกได้รับการการบำบัดด้วยนิวตรอนจากไซโคลตรอนขนาด 1.5 m (60 in) ในวันที่ 20 พฤศจิกายน ไชคอฟทำการทดลองเกี่ยวกับการใช้ไอโซโทปกัมมันตรังสีเป็นสารกัมมันตรังสีติดตามเพื่อสำรวจกลไกของปฏิกิริยาชีวเคมี
ลอว์เรนซ์ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในเดือนพฤศจิกายน ค.ศ. 1939 "สำหรับการประดิษฐ์และพัฒนาไซโคลตรอนและสำหรับผลลัพธ์ที่ได้รับจากการใช้มัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่เกี่ยวกับธาตุกัมมันตรังสีประดิษฐ์" เขาเป็นคนแรกที่เบิร์กลีย์ รวมถึงเป็นคนแรกจากเซาท์ดาโคตาที่ได้รับรางวัลโนเบล และเป็นคนแรกที่ได้รับเกียรติเช่นนี้ขณะอยู่ที่มหาวิทยาลัยที่ได้รับการสนับสนุนจากรัฐ พิธีมอบรางวัลโนเบลจัดขึ้นในวันที่ 29 กุมภาพันธ์ ค.ศ. 1940 ที่เบิร์กลีย์ รัฐแคลิฟอร์เนีย เนื่องจากสงครามโลกครั้งที่สอง ในหอประชุมของ Wheeler Hall ในวิทยาเขตของมหาวิทยาลัย ลอว์เรนซ์ได้รับเหรียญรางวัลจากคาร์ล อี. วอลเลอร์สเตดต์ กงสุลใหญ่ของสวีเดนในซานฟรานซิสโก โรเบิร์ต ดับเบิลยู. วูด เขียนถึงลอว์เรนซ์และตั้งข้อสังเกตอย่างแม่นยำว่า "ในขณะที่คุณกำลังวางรากฐานสำหรับการระเบิดครั้งใหญ่ของยูเรเนียม ... ผมมั่นใจว่าโนเบลเก่าจะอนุมัติ"
ในเดือนมีนาคม ค.ศ. 1940 อาร์เธอร์ คอมป์ตัน, แวนเนวาร์ บุช, เจมส์ บี. โคนันต์, คาร์ล ที. คอมป์ตัน และอัลเฟรด ลี ลูมิส เดินทางไปเบิร์กลีย์เพื่อหารือเกี่ยวกับข้อเสนอของลอว์เรนซ์สำหรับไซโคลตรอนขนาด 4.7 m (184 in) ที่มีแม่เหล็กหนัก 4.50 K t ซึ่งประมาณการว่ามีค่าใช้จ่าย 2.65 M USD มูลนิธิร็อกกี้เฟลเลอร์ได้มอบเงิน 1.15 M USD เพื่อเริ่มต้นโครงการ
2.2.2. การประยุกต์ใช้ในการแพทย์และชีวเคมี
ในเดือนธันวาคม ค.ศ. 1940 เกลนน์ ที. ซีบอร์กและเอมิลิโอ เซเกรใช้ไซโคลตรอนขนาด 1.5 m (60 in) เพื่อระดมยิงยูเรเนียม-238ด้วยดิวเทอรอน ทำให้เกิดธาตุใหม่คือเนปทูเนียม-238 ซึ่งสลายตัวโดยการสลายให้อนุภาคบีตาเพื่อก่อตัวเป็นพลูโทเนียม-238 หนึ่งในไอโซโทปของมันคือพลูโทเนียม-239 สามารถเกิดฟิชชันนิวเคลียร์ได้ ซึ่งเป็นอีกวิธีหนึ่งในการสร้างระเบิดปรมาณู
2.3. สงครามโลกครั้งที่สองและโครงการแมนแฮตตัน
บทบาทของลอว์เรนซ์ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง โดยเฉพาะการมีส่วนร่วมในโครงการพัฒนาอาวุธนิวเคลียร์ของสหรัฐอเมริกา ได้เปลี่ยนแปลงทิศทางประวัติศาสตร์
2.3.1. ห้องปฏิบัติการรังสีและการเสริมสมรรถนะยูเรเนียม
หลังจากการปะทุของสงครามโลกครั้งที่สองในยุโรป ลอว์เรนซ์ได้เข้ามาร่วมในโครงการทางทหาร เขาช่วยสรรหาบุคลากรสำหรับห้องปฏิบัติการรังสีเอ็มไอที ซึ่งนักฟิสิกส์ชาวอเมริกันได้พัฒนาแมกนีตรอนแบบโพรงที่ทีมของมาร์ก โอลิแฟนท์ในอังกฤษประดิษฐ์ขึ้น ชื่อของห้องปฏิบัติการใหม่นี้ถูกลอกเลียนแบบมาจากห้องปฏิบัติการของลอว์เรนซ์ที่เบิร์กลีย์อย่างจงใจเพื่อเหตุผลด้านความปลอดภัย เขายังมีส่วนร่วมในการสรรหาบุคลากรสำหรับห้องปฏิบัติการเสียงใต้น้ำเพื่อพัฒนาเทคนิคในการตรวจจับเรือดำน้ำของเยอรมัน ในขณะเดียวกัน งานที่เบิร์กลีย์ก็ยังคงดำเนินต่อไปด้วยไซโคลตรอน
ในเดือนกันยายน ค.ศ. 1941 โอลิแฟนท์ได้พบกับลอว์เรนซ์และออปเพนไฮเมอร์ที่เบิร์กลีย์ ซึ่งพวกเขาได้แสดงให้เขาเห็นสถานที่สำหรับไซโคลตรอนขนาด 4.7 m (184 in) แห่งใหม่ โอลิแฟนท์ได้ตำหนิชาวอเมริกันที่ไม่ดำเนินการตามข้อเสนอแนะของคณะกรรมการ MAUD ของอังกฤษ ซึ่งสนับสนุนโครงการพัฒนาระเบิดปรมาณู ลอว์เรนซ์ได้คิดถึงปัญหาการแยกไอโซโทปฟิชชันยูเรเนียม-235ออกจากยูเรเนียม-238 ซึ่งเป็นกระบวนการที่รู้จักกันในปัจจุบันว่าการเสริมสมรรถนะยูเรเนียม การแยกไอโซโทปด้วยสเปกโทรมิเตอร์มวลเป็นเทคนิคที่โอลิแฟนท์บุกเบิกด้วยลิเทียมในปี ค.ศ. 1934
ลอว์เรนซ์เริ่มดัดแปลงไซโคลตรอนขนาด 0.9 m (37 in) เก่าของเขาให้เป็นสเปกโทรมิเตอร์มวลขนาดยักษ์ ตามคำแนะนำของเขา พลจัตวา เลสลี อาร์. โกรฟส์ จูเนียร์ ผู้อำนวยการโครงการแมนแฮตตัน ได้แต่งตั้งออปเพนไฮเมอร์เป็นหัวหน้าห้องปฏิบัติการลอสแอละมอสในนิวเม็กซิโก ในขณะที่ห้องปฏิบัติการรังสีพัฒนาการแยกไอโซโทปด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า ห้องปฏิบัติการลอสแอละมอสได้ออกแบบและสร้างระเบิดปรมาณู เช่นเดียวกับห้องปฏิบัติการรังสี ห้องปฏิบัติการนี้ดำเนินการโดยมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย
2.3.2. คาลูตรอนและการปฏิบัติการที่โอ๊ค ริดจ์
การแยกไอโซโทปด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่าคาลูตรอน ซึ่งเป็นการผสมผสานระหว่างเครื่องมือในห้องปฏิบัติการสองชนิด ได้แก่ สเปกโทรมิเตอร์มวลและไซโคลตรอน ชื่อนี้มาจาก "California university cyclotrons" ในเดือนพฤศจิกายน ค.ศ. 1943 ทีมงานของลอว์เรนซ์ที่เบิร์กลีย์ได้รับการเสริมกำลังด้วยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ 29 คน รวมถึงโอลิแฟนท์
ในกระบวนการแม่เหล็กไฟฟ้า สนามแม่เหล็กจะเบี่ยงเบนอนุภาคที่มีประจุตามมวล กระบวนการนี้ไม่สง่างามทางวิทยาศาสตร์และไม่มีประสิทธิภาพทางอุตสาหกรรม เมื่อเทียบกับโรงงานการแพร่แก๊สหรือเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ โรงงานแยกแม่เหล็กไฟฟ้าจะใช้วัสดุที่หายากกว่า ต้องการบุคลากรในการดำเนินการมากกว่า และมีค่าใช้จ่ายในการสร้างมากกว่า อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ได้รับการอนุมัติเนื่องจากใช้เทคโนโลยีที่พิสูจน์แล้วและจึงมีความเสี่ยงน้อยกว่า ยิ่งไปกว่านั้น มันสามารถสร้างได้เป็นขั้นตอน และจะเข้าถึงกำลังการผลิตทางอุตสาหกรรมได้อย่างรวดเร็ว
ความรับผิดชอบในการออกแบบและก่อสร้างโรงงานแยกแม่เหล็กไฟฟ้าที่โอ๊คริดจ์ รัฐเทนเนสซี ซึ่งต่อมาถูกเรียกว่าศูนย์รักษาความปลอดภัยแห่งชาติ Y-12 ได้รับมอบหมายให้แก่ Stone & Webster คาลูตรอนซึ่งใช้เงิน 14.70 K t ของเงิน ผลิตโดย อัลลิส-ชาลเมอร์ส ในมิลวอกี และจัดส่งไปยังโอ๊คริดจ์ การออกแบบเรียกร้องให้มีหน่วยประมวลผลขั้นแรกห้าหน่วย ซึ่งเรียกว่า Alpha racetracks และสองหน่วยสำหรับการประมวลผลขั้นสุดท้าย ซึ่งเรียกว่า Beta racetracks ในเดือนกันยายน ค.ศ. 1943 โกรฟส์ได้อนุมัติการก่อสร้าง racetracks เพิ่มเติมอีกสี่แห่ง ซึ่งเรียกว่า Alpha II เมื่อโรงงานเริ่มดำเนินการทดสอบตามกำหนดในเดือนตุลาคม ค.ศ. 1943 ถังสุญญากาศขนาด 14 t ได้เคลื่อนที่ออกจากแนวเนื่องจากพลังงานของแม่เหล็กและต้องยึดให้แน่นหนาขึ้น ปัญหาที่ร้ายแรงกว่าเกิดขึ้นเมื่อขดลวดแม่เหล็กเริ่มลัดวงจร ในเดือนธันวาคม โกรฟส์ได้สั่งให้แม่เหล็กถูกเปิดออก และพบสนิมจำนวนมากอยู่ภายใน จากนั้นโกรฟส์ได้สั่งให้รื้อ racetracks และส่งแม่เหล็กกลับไปยังโรงงานเพื่อทำความสะอาด โรงงานการกัดกร่อนโลหะได้ถูกจัดตั้งขึ้นในสถานที่เพื่อทำความสะอาดท่อและอุปกรณ์
เทนเนสซี อีสต์แมน ได้รับการว่าจ้างให้บริหารจัดการ Y-12 Y-12 เริ่มแรกเสริมสมรรถนะยูเรเนียม-235 ให้มีปริมาณระหว่าง 13% ถึง 15% และส่งยูเรเนียมชุดแรกไม่กี่ร้อยกรัมไปยังห้องปฏิบัติการลอสแอละมอสในเดือนมีนาคม ค.ศ. 1944 มีเพียง 1 ส่วนใน 5,825 ของยูเรเนียมที่ป้อนเข้าไปเท่านั้นที่ออกมาเป็นผลิตภัณฑ์สุดท้าย ส่วนที่เหลือกระเด็นไปทั่วอุปกรณ์ในกระบวนการ ความพยายามในการกู้คืนอย่างหนักช่วยเพิ่มการผลิตเป็น 10% ของยูเรเนียม-235 ที่ป้อนเข้าไปภายในเดือนมกราคม ค.ศ. 1945 ในเดือนกุมภาพันธ์ Alpha racetracks เริ่มได้รับยูเรเนียมที่เสริมสมรรถนะเล็กน้อย (1.4%) จากโรงงานS-50 thermal diffusion plant แห่งใหม่ เดือนถัดมาได้รับยูเรเนียมที่เสริมสมรรถนะ (5%) จากโรงงานK-25 gaseous diffusion plant ภายในเดือนเมษายน ค.ศ. 1945 K-25 กำลังผลิตยูเรเนียมที่เสริมสมรรถนะเพียงพอที่จะป้อนเข้าสู่ Beta tracks ได้โดยตรง
2.3.3. การมีส่วนร่วมในระเบิดปรมาณู
ในวันที่ 16 กรกฎาคม ค.ศ. 1945 ลอว์เรนซ์ได้สังเกตการณ์การทดสอบนิวเคลียร์ทรินิตีของระเบิดปรมาณูลูกแรกพร้อมกับแชดวิกและชาร์ลส์ เอ. โธมัส มีเพียงไม่กี่คนที่ตื่นเต้นกับความสำเร็จเท่ากับลอว์เรนซ์ คำถามว่าจะใช้อาวุธที่ใช้งานได้แล้วกับญี่ปุ่นอย่างไรกลายเป็นประเด็นสำหรับนักวิทยาศาสตร์ ในขณะที่ออปเพนไฮเมอร์ไม่เห็นด้วยกับการสาธิตพลังของอาวุธใหม่ให้ผู้นำญี่ปุ่นเห็น ลอว์เรนซ์กลับรู้สึกอย่างยิ่งว่าการสาธิตจะเป็นสิ่งฉลาด เมื่อมีการใช้ระเบิดยูเรเนียมโดยไม่มีการเตือนล่วงหน้าในการการทิ้งระเบิดปรมาณูที่ฮิโรชิมะ ลอว์เรนซ์รู้สึกภาคภูมิใจอย่างยิ่งในความสำเร็จของเขา
ลอว์เรนซ์หวังว่าโครงการแมนแฮตตันจะพัฒนาคาลูตรอนที่ได้รับการปรับปรุงและสร้าง Alpha III racetracks แต่ถูกตัดสินว่าไม่คุ้มค่าทางเศรษฐกิจ Alpha tracks ถูกปิดตัวลงในเดือนกันยายน ค.ศ. 1945 แม้จะทำงานได้ดีกว่าที่เคยเป็นมา แต่ก็ไม่สามารถแข่งขันกับ K-25 และ K-27 ใหม่ ซึ่งเริ่มดำเนินการในเดือนมกราคม ค.ศ. 1946 ในเดือนธันวาคม โรงงาน Y-12 ถูกปิด ทำให้จำนวนพนักงานของ Tennessee Eastman ลดลงจาก 8,600 คนเหลือ 1,500 คน และประหยัดเงินได้ 2.00 M USD ต่อเดือน จำนวนพนักงานที่ห้องปฏิบัติการรังสีลดลงจาก 1,086 คนในเดือนพฤษภาคม ค.ศ. 1945 เหลือ 424 คนภายในสิ้นปี
2.4. อาชีพหลังสงครามและ "วิทยาศาสตร์ขนาดใหญ่"
หลังสงครามโลกครั้งที่สอง ลอว์เรนซ์มีบทบาทสำคัญในการส่งเสริมและพัฒนากลุ่มงานวิจัยขนาดใหญ่ หรือ "Big Science" ซึ่งเปลี่ยนแปลงภูมิทัศน์ของการวิจัยทางวิทยาศาสตร์
2.4.1. การสนับสนุนวิทยาศาสตร์ขนาดใหญ่
หลังสงคราม ลอว์เรนซ์ได้รณรงค์อย่างกว้างขวางเพื่อขอการสนับสนุนจากรัฐบาลสำหรับโครงการวิทยาศาสตร์ขนาดใหญ่ เขาเป็นผู้สนับสนุน "วิทยาศาสตร์ขนาดใหญ่" อย่างแข็งขัน ซึ่งต้องการเครื่องจักรขนาดใหญ่และเงินทุนจำนวนมาก และในปี ค.ศ. 1946 เขาได้ขอเงินจากโครงการแมนแฮตตันมากกว่า 2.00 M USD สำหรับการวิจัยที่ห้องปฏิบัติการรังสี โกรฟส์อนุมัติเงิน แต่ตัดโครงการจำนวนหนึ่ง รวมถึงข้อเสนอของซีบอร์กสำหรับห้องปฏิบัติการรังสี "ร้อน" ในเบิร์กลีย์ที่มีประชากรหนาแน่น และโครงการของจอห์น ลอว์เรนซ์สำหรับการผลิตไอโซโทปทางการแพทย์ เนื่องจากความต้องการนี้สามารถตอบสนองได้ดีขึ้นจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ อุปสรรคหนึ่งคือมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซึ่งกระตือรือร้นที่จะยกเลิกพันธะทางทหารในช่วงสงคราม ลอว์เรนซ์และโกรฟส์สามารถโน้มน้าวสเปราล์ให้ยอมรับการขยายสัญญาได้ ในปี ค.ศ. 1946 โครงการแมนแฮตตันใช้เงิน 7 USD สำหรับฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย สำหรับทุกๆ 1 USD ที่มหาวิทยาลัยใช้
2.4.2. การพัฒนาเครื่องเร่งอนุภาคใหม่และห้องปฏิบัติการ
ไซโคลตรอนขนาด 4.7 m (184 in) ได้รับการสร้างเสร็จด้วยเงินทุนในช่วงสงครามจากโครงการแมนแฮตตัน มันได้รวมแนวคิดใหม่ๆ โดยเอ็ด แมคมิลแลน และสร้างเสร็จเป็นซิงโครไซโคลตรอน มันเริ่มดำเนินการในวันที่ 13 พฤศจิกายน ค.ศ. 1946 เป็นครั้งแรกนับตั้งแต่ปี ค.ศ. 1935 ที่ลอว์เรนซ์เข้าร่วมการทดลองอย่างแข็งขัน โดยทำงานร่วมกับยูจีน การ์ดเนอร์ในความพยายามที่ไม่ประสบความสำเร็จในการสร้างไพมีซอนที่เพิ่งค้นพบด้วยซิงโครตรอน จากนั้นเซซาร์ ลัทเทสได้ใช้อุปกรณ์ที่พวกเขาสร้างขึ้นเพื่อค้นหาไพมีซอนประจุลบในปี ค.ศ. 1948
ความรับผิดชอบสำหรับห้องปฏิบัติการแห่งชาติของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ ได้ส่งต่อไปยังคณะกรรมาธิการพลังงานปรมาณูแห่งสหรัฐอเมริกา (AEC) ที่จัดตั้งขึ้นใหม่ในวันที่ 1 มกราคม ค.ศ. 1947 ในปีนั้น ลอว์เรนซ์ได้ขอเงิน 15.00 M USD สำหรับโครงการของเขา ซึ่งรวมถึงเครื่องเร่งอนุภาคเชิงเส้นใหม่และซิงโครตรอนระดับกิกะอิเล็กตรอนโวลต์ใหม่ซึ่งเป็นที่รู้จักกันในชื่อเบวาตรอน สัญญาของมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียในการบริหารห้องปฏิบัติการลอสแอละมอสมีกำหนดจะหมดอายุในวันที่ 1 กรกฎาคม ค.ศ. 1948 และคณะกรรมการบางคนต้องการให้มหาวิทยาลัยยกเลิกความรับผิดชอบในการบริหารสถานที่นอกแคลิฟอร์เนีย หลังจากการเจรจา มหาวิทยาลัยตกลงที่จะขยายสัญญาสำหรับสิ่งที่ปัจจุบันคือห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอสแอละมอสออกไปอีกสี่ปี และแต่งตั้งนอร์ริส แบรดเบอรี ซึ่งเข้ามาแทนที่ออปเพนไฮเมอร์ในตำแหน่งผู้อำนวยการในเดือนตุลาคม ค.ศ. 1945 ให้เป็นศาสตราจารย์ หลังจากนั้นไม่นาน ลอว์เรนซ์ก็ได้รับเงินทุนทั้งหมดที่เขาขอ
3. แนวคิดและปรัชญา
แนวคิดทางวิทยาศาสตร์ ทัศนคติทางการเมือง และปรัชญาของลอว์เรนซ์มีอิทธิพลอย่างมากต่อการทำงานและการตัดสินใจของเขา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในยุคสงครามเย็น
3.1. ระเบียบวิธีทางวิทยาศาสตร์
สำหรับเพื่อนร่วมงานส่วนใหญ่ ลอว์เรนซ์ดูเหมือนจะมีความเกลียดชังต่อความคิดทางคณิตศาสตร์ เขามีแนวทางที่แปลกประหลาดอย่างยิ่งในการแก้ไขปัญหาทางฟิสิกส์ที่ซับซ้อน และเมื่ออธิบายแนวคิดใหม่ๆ ให้เขาฟัง คนหนึ่งจะเรียนรู้ได้อย่างรวดเร็วว่าจะไม่ทำให้เรื่องยุ่งยากโดยการเขียนสมการเชิงอนุพันธ์ที่อาจดูเหมือนจะทำให้สถานการณ์ชัดเจนขึ้น ลอว์เรนซ์จะพูดประมาณว่าเขาไม่อยากถูกรบกวนด้วยรายละเอียดทางคณิตศาสตร์ แต่ "อธิบายฟิสิกส์ของปัญหาให้ผมฟัง" คนหนึ่งสามารถอยู่ใกล้เขาได้หลายปี และคิดว่าเขาแทบจะอ่านไม่ออกทางคณิตศาสตร์ แต่แล้วก็ต้องตกใจเมื่อเห็นว่าเขายังคงรักษาทักษะทางคณิตศาสตร์ของไฟฟ้าและแม่เหล็กคลาสสิกไว้อย่างสมบูรณ์ได้อย่างไร
3.2. มุมมองทางการเมืองและกิจกรรมในยุคสงครามเย็น
แม้ว่าเขาจะลงคะแนนให้แฟรงคลิน รูสเวลต์ แต่ลอว์เรนซ์เป็นรีพับลิกัน ซึ่งไม่เห็นด้วยอย่างยิ่งกับความพยายามของออปเพนไฮเมอร์ก่อนสงครามที่จะจัดตั้งสหภาพแรงงานในห้องปฏิบัติการรังสี ซึ่งลอว์เรนซ์ถือว่าเป็น "กิจกรรมที่เอนเอียงไปทางซ้าย" ลอว์เรนซ์ถือว่ากิจกรรมทางการเมืองเป็นการเสียเวลาที่ควรจะใช้ไปกับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ และต้องการให้กิจกรรมทางการเมืองอยู่ห่างจากห้องปฏิบัติการรังสี
ในบรรยากาศสงครามเย็นที่หนาวเย็นของมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียหลังสงคราม ลอว์เรนซ์ยอมรับการกระทำของคณะกรรมการกิจกรรมต่อต้านอเมริกาว่าชอบด้วยกฎหมาย และไม่เห็นว่าเป็นการบ่งชี้ถึงปัญหาเชิงระบบที่เกี่ยวข้องกับเสรีภาพทางวิชาการหรือสิทธิมนุษยชน เขาปกป้องบุคคลในห้องปฏิบัติการของเขา แต่ปกป้องชื่อเสียงของห้องปฏิบัติการยิ่งกว่าเดิม เขาถูกบังคับให้ปกป้องสมาชิกเจ้าหน้าที่ห้องปฏิบัติการรังสี เช่น โรเบิร์ต เซอร์เบอร์ ซึ่งถูกสอบสวนโดยคณะกรรมการความมั่นคงบุคลากรของมหาวิทยาลัย ในหลายกรณี เขาได้ออกหนังสือรับรองคุณสมบัติเพื่อสนับสนุนเจ้าหน้าที่ อย่างไรก็ตาม ลอว์เรนซ์ได้ห้ามแฟรงก์ ออปเพนไฮเมอร์ น้องชายของโรเบิร์ต ออปเพนไฮเมอร์ ไม่ให้เข้าห้องปฏิบัติการรังสี ซึ่งทำให้ความสัมพันธ์ของเขากับโรเบิร์ตเสียหาย การรณรงค์เรื่องคำปฏิญาณความจงรักภักดีที่ขัดแย้งกันอย่างรุนแรงที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียยังทำให้คณาจารย์หลายคนลาออก เมื่อมีการพิจารณาเพิกถอนใบอนุญาตความมั่นคงของโรเบิร์ต ออปเพนไฮเมอร์ ลอว์เรนซ์ปฏิเสธที่จะเข้าร่วมเนื่องจากอาการป่วย แต่มีการนำบันทึกที่เขาวิจารณ์ออปเพนไฮเมอร์มาเสนอในระหว่างที่เขาไม่อยู่ ความสำเร็จของลอว์เรนซ์ในการสร้างห้องปฏิบัติการที่สร้างสรรค์และร่วมมือกันถูกบ่อนทำลายโดยความรู้สึกไม่ดีและความไม่ไว้วางใจที่เกิดจากความตึงเครียดทางการเมือง
3.3. การสนับสนุนอาวุธเทอร์โมนิวเคลียร์
ลอว์เรนซ์ตกใจกับการการทดสอบนิวเคลียร์ครั้งแรกของสหภาพโซเวียตในเดือนสิงหาคม ค.ศ. 1949 เขาจึงสรุปว่าการตอบสนองที่เหมาะสมคือความพยายามอย่างเต็มที่ในการสร้างอาวุธนิวเคลียร์ที่ใหญ่กว่า นั่นคือระเบิดไฮโดรเจน เขาเสนอให้ใช้เครื่องเร่งอนุภาคแทนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เพื่อผลิตนิวตรอนที่จำเป็นในการสร้างทริเทียมที่ระเบิดต้องการ รวมถึงพลูโทเนียม ซึ่งยากกว่า เนื่องจากจะต้องใช้พลังงานที่สูงขึ้นมาก เขาเสนอการก่อสร้าง Mark I ซึ่งเป็นเครื่องเร่งอนุภาคเชิงเส้นต้นแบบขนาด 7.00 M USD และ 25 MeV ซึ่งมีรหัสว่า Materials Test Accelerator (MTA) ในไม่ช้าเขาก็พูดถึง MTA ใหม่ที่ใหญ่กว่าเดิมที่เรียกว่า Mark II ซึ่งสามารถผลิตทริเทียมหรือพลูโทเนียมจากยูเรเนียม-238ที่หมดสมรรถนะแล้ว เซอร์เบอร์และเซเกรพยายามอธิบายปัญหาทางเทคนิคที่ทำให้มันไม่สามารถใช้งานได้จริง แต่ลอว์เรนซ์รู้สึกว่าพวกเขาไม่รักชาติ
ลอว์เรนซ์สนับสนุนอย่างแข็งขันการรณรงค์ของเอ็ดเวิร์ด เทลเลอร์เพื่อสร้างห้องปฏิบัติการอาวุธนิวเคลียร์แห่งที่สอง ซึ่งลอว์เรนซ์เสนอให้ตั้งอยู่กับ MTA Mark I ที่ลิเวอร์มอร์ รัฐแคลิฟอร์เนีย ลอว์เรนซ์และเทลเลอร์ต้องโต้แย้งกรณีของพวกเขาไม่เพียงแต่กับคณะกรรมาธิการพลังงานปรมาณู ซึ่งไม่ต้องการมัน และห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอสแอละมอส ซึ่งต่อต้านอย่างไม่ลดละ แต่ยังรวมถึงผู้สนับสนุนที่รู้สึกว่าชิคาโกเป็นสถานที่ที่เหมาะสมกว่าสำหรับมัน ห้องปฏิบัติการใหม่ที่ลิเวอร์มอร์ได้รับการอนุมัติในที่สุดในวันที่ 17 กรกฎาคม ค.ศ. 1952 แต่ Mark II MTA ถูกยกเลิก ในเวลานี้ คณะกรรมาธิการพลังงานปรมาณูได้ใช้เงินไปแล้ว 45.00 M USD กับ Mark I ซึ่งเริ่มดำเนินการแล้ว แต่ส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตพอโลเนียมสำหรับโครงการอาวุธนิวเคลียร์ ในขณะเดียวกัน คอสมอตรอนของห้องปฏิบัติการแห่งชาติบรุกเฮเวนได้สร้างลำแสง 1 GeV
4. ชีวิตส่วนตัว
ลอว์เรนซ์แต่งงานกับแมรี คิมเบอร์ลีย์ (มอลลี่) บลูเมอร์ บุตรสาวคนโตของจอร์จ บลูเมอร์ คณบดีคณะแพทยศาสตร์มหาวิทยาลัยเยล ทั้งคู่มีบุตรด้วยกันหกคน ได้แก่ เอริก, มาร์กาเร็ต, แมรี, โรเบิร์ต, บาร์บารา และซูซาน ลอว์เรนซ์ตั้งชื่อบุตรชายของเขาว่า โรเบิร์ต ตามชื่อของโรเบิร์ต ออปเพนไฮเมอร์ เพื่อนสนิทที่สุดของเขา
5. การเสียชีวิต
ในเดือนกรกฎาคม ค.ศ. 1958 ประธานาธิบดีดไวต์ ดี. ไอเซนฮาวร์ ได้ขอให้ลอว์เรนซ์เดินทางไปเจนีวา ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ เพื่อช่วยเจรจาสนธิสัญญาห้ามการทดสอบนิวเคลียร์บางส่วนกับสหภาพโซเวียต ลูอิส สเตราส์ ประธานคณะกรรมาธิการพลังงานปรมาณูได้ผลักดันให้ลอว์เรนซ์เข้าร่วม ชายทั้งสองได้โต้แย้งกรณีการพัฒนาระเบิดไฮโดรเจน และสเตราส์ได้ช่วยระดมทุนสำหรับไซโคลตรอนของลอว์เรนซ์ในปี ค.ศ. 1939 สเตราส์กระตือรือร้นที่จะให้ลอว์เรนซ์เป็นส่วนหนึ่งของคณะผู้แทนเจนีวา เนื่องจากลอว์เรนซ์เป็นที่รู้จักว่าสนับสนุนการทดสอบนิวเคลียร์อย่างต่อเนื่อง แม้จะป่วยด้วยอาการลำไส้ใหญ่อักเสบชนิดเป็นแผลเรื้อรังอย่างรุนแรง ลอว์เรนซ์ก็ตัดสินใจไป แต่เขากลับป่วยขณะอยู่ในเจนีวา และถูกนำตัวส่งโรงพยาบาลที่ศูนย์การแพทย์มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดอย่างเร่งด่วน ศัลยแพทย์ได้การผ่าตัดลำไส้ใหญ่ส่วนใหญ่ของเขาออกไป แต่พบปัญหาอื่นๆ รวมถึงภาวะหลอดเลือดแดงแข็งอย่างรุนแรงในหลอดเลือดแดงเส้นหนึ่ง เขาเสียชีวิตที่โรงพยาบาลแพโลแอลโทในวันที่ 27 สิงหาคม ค.ศ. 1958 สิบเก้าวันหลังจากวันเกิดครบรอบ 57 ปีของเขา มอลลี่ไม่ต้องการพิธีศพสาธารณะ แต่ตกลงที่จะจัดพิธีรำลึกที่ First Congregational Church ในเบิร์กลีย์ คลาร์ก เคอร์ อธิการบดีมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ได้กล่าวคำสรรเสริญ
6. การประเมินและมรดก
เออร์เนสต์ ออร์แลนโด ลอว์เรนซ์ ทิ้งมรดกที่สำคัญไว้ให้กับวงการวิทยาศาสตร์และสังคม ซึ่งรวมถึงรางวัลและเกียรติยศมากมาย การตั้งชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่เขา และผลกระทบอันลึกซึ้งต่อนวัตกรรมทางวิทยาศาสตร์ แม้จะมีข้อถกเถียงเกี่ยวกับบทบาทของเขาในการพัฒนาอาวุธนิวเคลียร์
6.1. รางวัลและเกียรติยศสำคัญ
นอกเหนือจากรางวัลโนเบลแล้ว ลอว์เรนซ์ยังได้รับรางวัลและเกียรติยศมากมายตลอดชีวิตการทำงานของเขา ได้แก่:
- เหรียญเอลเลียต เครสซอน (ค.ศ. 1937)
- เหรียญฮิวจ์ส (ค.ศ. 1937)
- รางวัลคอมสต็อกสาขาฟิสิกส์ (ค.ศ. 1938)
- เหรียญและรางวัลดัดเดลล์ (ค.ศ. 1940)
- เหรียญฮอลลีย์ (ค.ศ. 1942)
- เหรียญบุญคุณ (ค.ศ. 1946)
- รางวัลวิลเลียม พร็อกเตอร์สำหรับความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ (ค.ศ. 1951)
- เหรียญฟาราเดย์ (ค.ศ. 1952)
- รางวัลเอนริโก เฟอร์มิ จากคณะกรรมาธิการพลังงานปรมาณู (ค.ศ. 1957)
- รางวัลซิลวานัส เธเยอร์ จากสถาบันการทหารสหรัฐอเมริกา (ค.ศ. 1958) ซึ่งเป็นผู้รับรางวัลคนแรก
เขาได้รับเลือกเป็นสมาชิกของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติสหรัฐอเมริกาในปี ค.ศ. 1934 และทั้งสถาบันศิลปะและวิทยาศาสตร์แห่งอเมริกาและสมาคมปรัชญาอเมริกันในปี ค.ศ. 1937 เขาได้รับแต่งตั้งเป็นออฟฟิซิเยร์แห่งเครื่องอิสริยาภรณ์เลฌียงดอเนอร์ในปี ค.ศ. 1948
6.2. การตั้งชื่อเพื่อเป็นเกียรติ
เกือบจะทันทีหลังจากการเสียชีวิตของลอว์เรนซ์ คณะผู้บริหารมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียได้ลงมติให้เปลี่ยนชื่อห้องปฏิบัติการวิจัยนิวเคลียร์สองแห่งของมหาวิทยาลัยตามชื่อของลอว์เรนซ์ ได้แก่ ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์ลิเวอร์มอร์และห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์เบิร์กลีย์ รางวัลเออร์เนสต์ ออร์แลนโด ลอว์เรนซ์ ได้รับการจัดตั้งขึ้นเพื่อรำลึกถึงเขาในปี ค.ศ. 1959 ธาตุเคมีลำดับที่ 103 ซึ่งค้นพบที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์เบิร์กลีย์ในปี ค.ศ. 1961 ได้รับการตั้งชื่อว่าลอว์เรนเซียมตามชื่อของเขา ในปี ค.ศ. 1968 ศูนย์การศึกษาด้านวิทยาศาสตร์ลอว์เรนซ์ ฮอลล์ ออฟ ไซเอนซ์ ได้รับการจัดตั้งขึ้นเพื่อเป็นเกียรติแก่เขา เอกสารของเขาอยู่ในห้องสมุดแบนครอฟต์ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์
6.3. ผลกระทบต่อวิทยาศาสตร์และสังคม
จอร์จ บี. คอฟฟ์แมน เขียนว่า: "ก่อนหน้าเขา 'วิทยาศาสตร์ขนาดเล็ก' ดำเนินการโดยบุคคลเพียงลำพังเป็นส่วนใหญ่ โดยใช้วิธีการที่ไม่ซับซ้อนในขนาดเล็ก หลังจากเขา การใช้จ่ายด้านกำลังคนและเงินทุนจำนวนมหาศาลของภาคอุตสาหกรรม และโดยเฉพาะอย่างยิ่งภาครัฐ ทำให้ 'วิทยาศาสตร์ขนาดใหญ่' ซึ่งดำเนินการโดยทีมวิจัยขนาดใหญ่ กลายเป็นส่วนสำคัญของเศรษฐกิจของชาติ"
6.4. คำวิจารณ์และข้อถกเถียง
แม้จะได้รับการยกย่องอย่างสูง แต่บทบาทของลอว์เรนซ์ในการพัฒนาอาวุธนิวเคลียร์และจุดยืนทางการเมืองของเขาก็เป็นประเด็นถกเถียง ในปี ค.ศ. 1980 มอลลี่ ลอว์เรนซ์ ภรรยาม่ายของลอว์เรนซ์ ได้ยื่นคำร้องต่อคณะผู้บริหารมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียหลายครั้งเพื่อขอให้ถอดชื่อสามีของเธอออกจากห้องปฏิบัติการลอว์เรนซ์ลิเวอร์มอร์ เนื่องจากห้องปฏิบัติการมุ่งเน้นไปที่อาวุธนิวเคลียร์ที่ลอว์เรนซ์ช่วยสร้าง แต่คำร้องของเธอถูกปฏิเสธทุกครั้ง เธอมีชีวิตอยู่หลังจากสามีของเธอเสียชีวิตไปกว่า 44 ปี และเสียชีวิตที่วอลนัตครีก รัฐแคลิฟอร์เนีย ด้วยวัย 92 ปี เมื่อวันที่ 6 มกราคม ค.ศ. 2003
การที่เขารู้สึกภาคภูมิใจอย่างยิ่งในความสำเร็จของตนเองหลังจากการทิ้งระเบิดปรมาณูที่ฮิโรชิมะ สะท้อนให้เห็นถึงความซับซ้อนทางจริยธรรมของนักวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับโครงการทางทหาร ในขณะที่โรเบิร์ต ออปเพนไฮเมอร์แสดงความลังเลใจเกี่ยวกับผลกระทบของอาวุธนิวเคลียร์ ลอว์เรนซ์กลับมองว่าการใช้งานอาวุธดังกล่าวเป็นทางเลือกที่ชาญฉลาดในการยุติสงคราม
ลอว์เรนซ์ยังถูกวิพากษ์วิจารณ์ถึงทัศนคติทางการเมืองของเขา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงสงครามเย็น เขาไม่เห็นด้วยอย่างยิ่งกับความพยายามของออปเพนไฮเมอร์ในการจัดตั้งสหภาพแรงงานในห้องปฏิบัติการรังสี โดยมองว่าเป็น "กิจกรรมที่เอนเอียงไปทางซ้าย" และเชื่อว่ากิจกรรมทางการเมืองเป็นการเสียเวลาที่ควรใช้ไปกับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ เขาปกป้องชื่อเสียงของห้องปฏิบัติการของเขามากกว่าเสรีภาพทางวิชาการหรือสิทธิมนุษยชนของบุคคลบางคนในห้องปฏิบัติการ ซึ่งนำไปสู่ความตึงเครียดและความไม่ไว้วางใจภายในทีมวิจัย
ลอว์เรนซ์ยังเป็นผู้ประดิษฐ์หลอดสุญญากาศสำหรับโทรทัศน์สีในปี ค.ศ. 1951 และเป็นผู้คิดค้นโครมาตรอน ซึ่งเป็นหลอดรังสีแคโทดแบบอะเพอร์เจอร์กริด ซึ่งต่อมาเป็นต้นแบบของทรินิตรอน นอกจากนี้ เขายังเดินทางมายังประเทศญี่ปุ่นในปี ค.ศ. 1951 เพื่อให้ความร่วมมือในการสร้างไซโคลตรอนขึ้นใหม่ที่สถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และเคมีและมหาวิทยาลัยเกียวโต ซึ่งถูกทำลายโดยกองบัญชาการสูงสุดของฝ่ายสัมพันธมิตร (GHQ) หลังสงคราม
ลอว์เรนซ์ถูกแสดงโดยจอช ฮาร์ตเน็ตต์ในภาพยนตร์เรื่อง ออปเพนไฮเมอร์ (ภาพยนตร์) ในปี ค.ศ. 2023