1. Kehidupan
Ernest Orlando Lawrence memiliki perjalanan hidup yang ditandai oleh minat awal pada sains, pendidikan yang cemerlang, dan penemuan revolusioner yang mengubah lanskap fisika dan teknologi.
1.1. Kehidupan Awal dan Pendidikan
Ernest Orlando Lawrence lahir di Canton, South Dakota, pada 8 Agustus 1901. Orang tuanya, Carl Gustavus (1871-1954) dan Gunda Regina (née Jacobson) Lawrence (1874-1959), keduanya adalah keturunan imigran Norwegia yang bertemu saat mengajar di sekolah menengah di Canton, tempat ayahnya juga menjabat sebagai kepala sekolah. Ia memiliki seorang adik laki-laki, John H. Lawrence, yang kemudian menjadi dokter dan merupakan pelopor di bidang kedokteran nuklir. Saat tumbuh dewasa, sahabatnya adalah Merle Tuve, yang juga akan menjadi fisikawan yang sangat berprestasi.
Lawrence menempuh pendidikan di sekolah umum Canton dan Pierre, kemudian mendaftar di St. Olaf College di Northfield, Minnesota, tetapi pindah setelah setahun ke Universitas Dakota Selatan di Vermillion. Ia menyelesaikan gelar sarjana dalam kimia pada tahun 1922, dan gelar Master of Arts (M.A.) dalam fisika dari Universitas Minnesota pada tahun 1923 di bawah bimbingan William Francis Gray Swann. Untuk tesis masternya, Lawrence membangun sebuah peralatan eksperimen yang memutar ellipsoid melalui medan magnet.
Lawrence mengikuti Swann ke Universitas Chicago, dan kemudian ke Universitas Yale di New Haven, Connecticut, tempat Lawrence menyelesaikan gelar PhD dalam fisika pada tahun 1925 sebagai National Research Fellow. Ia menulis tesis doktoralnya tentang efek fotolistrik dalam uap kalium. Ia terpilih sebagai anggota Sigma Xi, dan atas rekomendasi Swann, menerima beasiswa Dewan Riset Nasional Amerika Serikat. Alih-alih menggunakannya untuk bepergian ke Eropa, sebagaimana kebiasaan pada saat itu, ia tetap di Universitas Yale bersama Swann sebagai peneliti.
Bersama Jesse Beams dari Universitas Virginia, Lawrence melanjutkan penelitian efek fotolistrik. Mereka menunjukkan bahwa fotoelektron muncul dalam waktu 2 x 10-9 detik setelah foton mengenai permukaan fotolistrik-mendekati batas pengukuran pada saat itu. Mengurangi waktu emisi dengan menghidupkan dan mematikan sumber cahaya dengan cepat membuat spektrum energi yang dipancarkan lebih luas, sesuai dengan prinsip ketidakpastian Heisenberg.
1.2. Karier Awal dan Penelitian
Pada tahun 1926 dan 1927, Lawrence menerima tawaran posisi asisten profesor dari Universitas Washington di Seattle dan Universitas California dengan gaji 3.50 K USD per tahun. Yale segera menyamai tawaran asisten profesor, tetapi dengan gaji 3.00 K USD. Lawrence memilih untuk tetap di Yale yang lebih bergengsi, tetapi karena ia belum pernah menjadi instruktur, penunjukan tersebut menimbulkan ketidakpuasan dari beberapa rekan fakultasnya, dan di mata banyak orang, hal itu masih belum mengkompensasi latar belakang imigran Dakota Selatannya.
Lawrence diangkat sebagai profesor madya fisika di Universitas California pada tahun 1928. Ia menjadi profesor penuh dua tahun kemudian, menjadikannya profesor termuda di universitas tersebut. Berdasarkan karya yang diterbitkan oleh Frédéric Joliot-Curie dan Irène Joliot-Curie pada tahun 1934 tentang radioaktivitas terinduksi, Lawrence menemukan nitrogen-13 isotop dengan menembakkan proton berenergi tinggi ke dalam elemen karbon-13 di laboratoriumnya. Ia dan timnya termasuk Martin Kamen dan Samuel Ruben secara tidak sengaja menemukan isotop karbon-14 dengan membombardir grafit dengan proton berenergi tinggi.
Robert Gordon Sproul, yang menjadi presiden universitas sehari setelah Lawrence menjadi profesor, adalah anggota Bohemian Club, dan ia mensponsori keanggotaan Lawrence pada tahun 1932. Melalui klub ini, Lawrence bertemu William Henry Crocker, Edwin Pauley, dan John Francis Neylan. Mereka adalah orang-orang berpengaruh yang membantunya mendapatkan dana untuk penyelidikan partikel nuklir berenergi tinggi. Ada harapan besar untuk penggunaan medis yang akan datang dari pengembangan fisika partikel, dan ini menyebabkan banyak pendanaan awal yang berhasil diperoleh Lawrence untuk penelitian.
2. Aktivitas dan Pencapaian Utama
Ernest Lawrence memiliki kontribusi ilmiah yang luar biasa, terutama melalui penemuan dan pengembangan siklotron, perannya yang krusial dalam Proyek Manhattan, dan advokasinya yang kuat untuk pendekatan "Ilmu Besar" dalam penelitian pasca-perang.
2.1. Penemuan dan Pengembangan Siklotron
Penemuan siklotron oleh Ernest Lawrence menandai revolusi dalam fisika partikel, memungkinkan akselerasi partikel ke energi yang belum pernah terjadi sebelumnya dan membuka jalan bagi penemuan ilmiah yang signifikan.
2.1.1. Penemuan
Penemuan yang membawa Lawrence ke ketenaran internasional dimulai sebagai sketsa di selembar serbet kertas. Saat duduk di perpustakaan pada suatu malam di tahun 1929, Lawrence melirik artikel jurnal oleh Rolf Widerøe, dan tertarik oleh salah satu diagramnya. Ini menggambarkan perangkat yang menghasilkan partikel berenergi tinggi melalui serangkaian "dorongan" kecil. Perangkat yang digambarkan disusun dalam garis lurus menggunakan elektroda yang semakin panjang. Pada saat itu, para fisikawan mulai menjelajahi inti atom. Pada tahun 1919, fisikawan Selandia Baru Ernest Rutherford telah menembakkan partikel alfa ke dalam nitrogen dan berhasil mengeluarkan proton dari beberapa inti. Tetapi inti memiliki muatan positif yang menolak inti bermuatan positif lainnya, dan mereka terikat erat oleh gaya yang baru mulai dipahami oleh fisikawan. Untuk memecahnya, untuk menghancurkannya, akan membutuhkan energi yang jauh lebih tinggi, sekitar jutaan volt.
Lawrence melihat bahwa akselerator partikel semacam itu akan segera menjadi terlalu panjang dan tidak praktis untuk laboratorium universitasnya. Dalam merenungkan cara untuk membuat akselerator lebih ringkas, Lawrence memutuskan untuk menempatkan ruang akselerasi melingkar di antara kutub elektromagnet. Medan magnet akan menahan proton bermuatan dalam jalur spiral saat mereka dipercepat di antara hanya dua elektroda semilingkaran yang terhubung ke potensi bolak-balik. Setelah sekitar seratus putaran, proton akan mengenai target sebagai berkas partikel berenergi tinggi. Lawrence dengan gembira memberi tahu rekan-rekannya bahwa ia telah menemukan metode untuk mendapatkan partikel berenergi sangat tinggi tanpa menggunakan tegangan tinggi apa pun. Ia awalnya bekerja dengan Niels Edlefsen. Siklotron pertama mereka dibuat dari kuningan, kawat, dan lilin segel dan hanya berdiameter 0.1 m (4 in)-ia dapat dipegang dengan satu tangan, dan mungkin berharga total 25 USD.
Yang dibutuhkan Lawrence untuk mengembangkan ide tersebut adalah mahasiswa pascasarjana yang cakap untuk melakukan pekerjaan itu. Edlefsen pergi untuk mengambil posisi asisten profesor pada September 1930, dan Lawrence menggantikannya dengan David H. Sloan dan M. Stanley Livingston, yang ia tugaskan untuk mengembangkan akselerator Widerøe dan siklotron Edlefsen, masing-masing. Keduanya memiliki dukungan finansial sendiri. Kedua desain terbukti praktis, dan pada Mei 1931, akselerator linier Sloan mampu mempercepat ion hingga 1 MeV. Livingston memiliki tantangan teknis yang lebih besar, tetapi ketika ia menerapkan 1.800 V ke siklotron 0.3 m (11 in)-nya pada 2 Januari 1931, ia mendapatkan proton 80.000 elektron volt yang berputar. Seminggu kemudian, ia memiliki 1,22 MeV dengan 3.000 V, lebih dari cukup untuk tesis PhD-nya tentang konstruksinya.
2.1.2. Pengembangan dan Ekspansi
Dalam pola yang akan berulang, segera setelah ada tanda pertama keberhasilan, Lawrence mulai merencanakan mesin baru yang lebih besar. Lawrence dan Livingston menyusun desain untuk siklotron 0.7 m (27 in) pada awal 1932. Magnet untuk siklotron 0.3 m (11 in) yang seharga 800 USD memiliki berat 2 t, tetapi Lawrence menemukan magnet masif 80 t yang berkarat di tempat barang rongsokan di Palo Alto untuk siklotron 0.7 m (27 in) yang awalnya dibangun selama Perang Dunia I untuk memberi daya pada tautan radio transatlantik. Dalam siklotron, ia memiliki instrumen ilmiah yang kuat, tetapi ini tidak diterjemahkan ke dalam penemuan ilmiah. Pada April 1932, John Cockcroft dan Ernest Walton di Laboratorium Cavendish di Inggris mengumumkan bahwa mereka telah membombardir litium dengan proton dan berhasil mengubahnya menjadi helium. Energi yang dibutuhkan ternyata cukup rendah-sesuai dengan kemampuan siklotron 0.3 m (11 in). Setelah mengetahuinya, Lawrence mengirim telegram ke Berkeley dan meminta hasil Cockcroft dan Walton diverifikasi. Tim membutuhkan waktu hingga September untuk melakukannya, terutama karena kurangnya peralatan deteksi yang memadai.
Meskipun penemuan penting terus luput dari Laboratorium Radiasi Lawrence, terutama karena fokusnya pada pengembangan siklotron daripada penggunaan ilmiahnya, melalui mesinnya yang semakin besar, Lawrence mampu menyediakan peralatan penting yang dibutuhkan untuk eksperimen dalam fisika energi tinggi. Di sekitar perangkat ini, ia membangun apa yang menjadi laboratorium terkemuka di dunia untuk bidang baru penelitian fisika nuklir pada tahun 1930-an. Ia menerima paten untuk siklotron pada tahun 1934, yang ia serahkan kepada Research Corporation, sebuah yayasan swasta yang mendanai sebagian besar pekerjaan awal Lawrence.
Pada Februari 1936, presiden Universitas Harvard, James B. Conant, membuat tawaran menarik kepada Lawrence dan J. Robert Oppenheimer. Presiden Universitas California, Robert Gordon Sproul, menanggapi dengan memperbaiki kondisi. Laboratorium Radiasi menjadi departemen resmi Universitas California pada 1 Juli 1936, dengan Lawrence secara resmi diangkat sebagai direkturnya, dengan asisten direktur penuh waktu, dan universitas setuju untuk menyediakan 20.00 K USD per tahun untuk kegiatan penelitiannya. Lawrence menerapkan model bisnis sederhana: "Ia mengisi laboratoriumnya dengan mahasiswa pascasarjana dan fakultas junior dari departemen fisika, dengan PhD baru yang bersedia bekerja dengan imbalan apa pun, dan dengan pemegang beasiswa dan tamu kaya yang dapat melayani secara cuma-cuma."
2.1.3. Penerimaan Ilmiah dan Tantangan
Menggunakan siklotron 0.7 m (27 in) yang baru, tim di Berkeley menemukan bahwa setiap elemen yang mereka bombardir dengan deuterium yang baru ditemukan memancarkan energi, dan dalam kisaran yang sama. Oleh karena itu, mereka mendalilkan keberadaan partikel baru dan yang belum diketahui yang merupakan sumber energi tak terbatas. William Laurence dari The New York Times menggambarkan Lawrence sebagai "pekerja mukjizat sains yang baru". Atas undangan Cockcroft, Lawrence menghadiri Konferensi Solvay 1933 di Belgia. Ini adalah pertemuan rutin fisikawan top dunia. Hampir semua berasal dari Eropa, tetapi kadang-kadang seorang ilmuwan Amerika yang luar biasa seperti Robert A. Millikan atau Arthur Compton akan diundang untuk hadir. Lawrence diminta untuk memberikan presentasi tentang siklotron. Klaim Lawrence tentang energi tak terbatas mendapat sambutan yang sangat berbeda di Solvay. Ia menghadapi skeptisisme yang menghancurkan dari James Chadwick dari Laboratorium Cavendish, fisikawan yang telah menemukan neutron pada tahun 1932, yang membuatnya dianugerahi Hadiah Nobel pada tahun 1935. Dengan aksen Inggris yang terdengar merendahkan di telinga Lawrence, Chadwick menyarankan bahwa apa yang diamati tim Lawrence adalah kontaminasi pada peralatan mereka.
Ketika ia kembali ke Berkeley, Lawrence memobilisasi timnya untuk dengan susah payah meninjau kembali hasilnya untuk mengumpulkan cukup bukti untuk meyakinkan Chadwick. Sementara itu, di laboratorium Cavendish, Rutherford dan Mark Oliphant menemukan bahwa deuterium berfusi membentuk helium-3, yang menyebabkan efek yang diamati oleh para siklotronis. Chadwick tidak hanya benar bahwa mereka telah mengamati kontaminasi, tetapi mereka juga mengabaikan penemuan penting lainnya, yaitu fusi nuklir. Tanggapan Lawrence adalah terus maju dengan pembuatan siklotron yang lebih besar. Siklotron 0.7 m (27 in) digantikan oleh siklotron 0.9 m (37 in) pada Juni 1937, yang pada gilirannya digantikan oleh siklotron 1.5 m (60 in) pada Mei 1939. Ia digunakan untuk membombardir besi dan menghasilkan isotop radioaktif pertamanya pada Juni.
2.2. Kontribusi dan Penemuan Ilmiah
Penggunaan siklotron membuka pintu bagi serangkaian penemuan ilmiah yang signifikan, memperluas pemahaman kita tentang materi dan membuka jalan bagi aplikasi inovatif di berbagai bidang, termasuk kedokteran.
2.2.1. Penemuan Isotop dan Elemen
Pada Desember 1940, Glenn T. Seaborg dan Emilio Segrè menggunakan siklotron 1.5 m (60 in) untuk membombardir uranium-238 dengan deuteron menghasilkan elemen baru, neptunium-238, yang meluruh melalui emisi beta untuk membentuk plutonium-238. Salah satu isotopnya, plutonium-239, dapat mengalami fisi nuklir, yang menyediakan cara lain untuk membuat bom atom. Selain itu, siklotron juga berperan dalam penemuan isotop baru seperti Teknesium dan sintesis elemen transuranik, yang memperluas pemahaman tentang tabel periodik.
2.2.2. Aplikasi Medis dan Biokimia
Karena lebih mudah mengumpulkan uang untuk tujuan medis, terutama pengobatan kanker, daripada untuk fisika nuklir, Lawrence mendorong penggunaan siklotron untuk penelitian medis. Bekerja dengan saudaranya John dan Israel Lyon Chaikoff dari departemen fisiologi Universitas California, Lawrence mendukung penelitian tentang penggunaan isotop radioaktif untuk tujuan terapeutik. Fosfor-32 mudah diproduksi di siklotron, dan John menggunakannya untuk menyembuhkan seorang wanita yang menderita polisitemia vera, penyakit darah. John menggunakan fosfor-32 yang dibuat di siklotron 0.9 m (37 in) pada tahun 1938 dalam tes pada tikus dengan leukemia. Ia menemukan bahwa fosfor radioaktif berkonsentrasi pada sel kanker yang tumbuh cepat. Ini kemudian mengarah pada uji klinis pada pasien manusia. Evaluasi terapi tahun 1948 menunjukkan bahwa remisi terjadi dalam keadaan tertentu. Lawrence juga berharap untuk penggunaan medis neutron. Pasien kanker pertama menerima terapi neutron dari siklotron 1.5 m (60 in) pada 20 November. Chaikoff melakukan uji coba penggunaan isotop radioaktif sebagai pelacak radioaktif untuk menjelajahi mekanisme reaksi biokimia.
Lawrence dianugerahi Hadiah Nobel Fisika pada November 1939 "untuk penemuan dan pengembangan siklotron dan untuk hasil yang diperoleh dengannya, terutama yang berkaitan dengan elemen radioaktif buatan". Ia adalah yang pertama di Berkeley serta yang pertama dari Dakota Selatan yang menjadi Pemenang Nobel, dan yang pertama dihormati saat berada di universitas yang didanai negara. Upacara penghargaan Nobel diadakan pada 29 Februari 1940, di Berkeley, California, karena Perang Dunia II, di auditorium Wheeler Hall di kampus universitas. Lawrence menerima medalinya dari Carl E. Wallerstedt, Konsul Jenderal Swedia di San Francisco. Robert W. Wood menulis kepada Lawrence dan dengan bijaksana mencatat "Saat Anda meletakkan fondasi untuk ledakan uranium yang dahsyat... Saya yakin Nobel yang lama akan menyetujuinya."
Pada Maret 1940, Arthur Compton, Vannevar Bush, James B. Conant, Karl T. Compton, dan Alfred Lee Loomis melakukan perjalanan ke Berkeley untuk membahas proposal Lawrence untuk siklotron 4.7 m (184 in) dengan magnet 4.50 K t yang diperkirakan berharga 2.65 M USD. Yayasan Rockefeller menyediakan 1.15 M USD untuk memulai proyek.
2.3. Perang Dunia II dan Proyek Manhattan
Keterlibatan Ernest Lawrence dalam Proyek Manhattan menandai pergeseran signifikan dalam kariernya, dari penelitian fisika murni menjadi pengembangan teknologi militer yang memiliki dampak global yang mendalam.
2.3.1. Laboratorium Radiasi dan Pengayaan Uranium
Setelah pecahnya Perang Dunia II di Eropa, Lawrence terlibat dalam proyek militer. Ia membantu merekrut staf untuk Laboratorium Radiasi MIT, tempat fisikawan Amerika mengembangkan magnetron rongga yang ditemukan oleh tim Mark Oliphant di Inggris. Nama laboratorium baru sengaja disalin dari laboratorium Lawrence di Berkeley untuk alasan keamanan. Ia juga terlibat dalam merekrut staf untuk laboratorium suara bawah air untuk mengembangkan teknik deteksi kapal selam Jerman. Sementara itu, pekerjaan di Berkeley berlanjut dengan siklotron. Pada Desember 1940, Glenn T. Seaborg dan Emilio Segrè menggunakan siklotron 1.5 m (60 in) untuk membombardir uranium-238 dengan deuteron menghasilkan elemen baru, neptunium-238, yang meluruh oleh emisi beta membentuk plutonium-238. Salah satu isotopnya, plutonium-239, dapat mengalami fisi nuklir, yang menyediakan cara lain untuk membuat bom atom.
Lawrence menawarkan Segrè pekerjaan sebagai asisten peneliti-posisi yang relatif rendah untuk seseorang yang telah menemukan elemen-dengan gaji 300 USD per bulan selama enam bulan. Namun, ketika Lawrence mengetahui bahwa Segrè secara hukum terjebak di California, ia mengurangi gaji Segrè lebih lanjut menjadi 116 USD per bulan. Ketika dewan pengawas Universitas California ingin mengakhiri pekerjaan Segrè karena kewarganegaraan asingnya, Lawrence berhasil mempertahankan Segrè dengan mempekerjakannya sebagai dosen paruh waktu yang dibayar oleh Yayasan Rockefeller. Pengaturan serupa dibuat untuk mempertahankan mahasiswa doktoralnya Chien-Shiung Wu (warga negara Tiongkok) dan Kenneth Ross MacKenzie (warga negara Kanada) ketika mereka lulus.
Pada September 1941, Oliphant bertemu dengan Lawrence dan Oppenheimer di Berkeley, tempat mereka menunjukkan kepadanya lokasi untuk siklotron 4.7 m (184 in) yang baru. Oliphant, pada gilirannya, menegur orang Amerika karena tidak menindaklanjuti rekomendasi Komite MAUD Inggris, yang menganjurkan program untuk mengembangkan bom atom. Lawrence sudah memikirkan masalah pemisahan isotop fisil uranium-235 dari uranium-238, sebuah proses yang sekarang dikenal sebagai pengayaan uranium. Memisahkan isotop uranium sulit karena kedua isotop memiliki sifat kimia yang sangat mirip, dan hanya dapat dipisahkan secara bertahap menggunakan perbedaan massa kecil mereka. Memisahkan isotop dengan spektrometer massa adalah teknik yang telah dipelopori Oliphant dengan litium pada tahun 1934.
Lawrence mulai mengubah siklotron 0.9 m (37 in) lamanya menjadi spektrometer massa raksasa. Atas rekomendasinya, direktur Proyek Manhattan, Brigadir Jenderal Leslie R. Groves Jr., menunjuk Oppenheimer sebagai kepala Laboratorium Los Alamos di New Mexico. Sementara Laboratorium Radiasi mengembangkan proses pengayaan uranium elektromagnetik, Laboratorium Los Alamos merancang dan membangun bom atom. Seperti Laboratorium Radiasi, ia dijalankan oleh Universitas California.
Pemisahan isotop elektromagnetik menggunakan perangkat yang dikenal sebagai kalutron, hibrida dari dua instrumen laboratorium, spektrometer massa dan siklotron. Nama tersebut berasal dari "siklotron universitas California". Pada November 1943, tim Lawrence di Berkeley diperkuat oleh 29 ilmuwan Inggris, termasuk Oliphant.
Dalam proses elektromagnetik, medan magnet membelokkan partikel bermuatan sesuai dengan massa. Prosesnya tidak elegan secara ilmiah maupun efisien secara industri. Dibandingkan dengan pabrik difusi gas atau reaktor nuklir, pabrik pemisahan elektromagnetik akan mengonsumsi lebih banyak bahan langka, membutuhkan lebih banyak tenaga kerja untuk beroperasi, dan lebih mahal untuk dibangun. Meskipun demikian, proses tersebut disetujui karena didasarkan pada teknologi yang terbukti dan oleh karena itu mewakili risiko yang lebih kecil. Selain itu, ia dapat dibangun secara bertahap, dan akan dengan cepat mencapai kapasitas industri.
2.3.2. Produksi Materi Nuklir di Oak Ridge
Tanggung jawab untuk desain dan konstruksi pabrik pemisahan elektromagnetik di Oak Ridge, Tennessee, yang kemudian disebut Y-12, ditugaskan kepada Stone & Webster. Kalutron, menggunakan 14.70 K t perak, diproduksi oleh Allis-Chalmers di Milwaukee dan dikirim ke Oak Ridge. Desainnya menyerukan lima unit pemrosesan tahap pertama, yang dikenal sebagai jalur Alpha, dan dua unit untuk pemrosesan akhir, yang dikenal sebagai jalur Beta. Pada September 1943, Groves mengizinkan pembangunan empat jalur lagi, yang dikenal sebagai Alpha II. Ketika pabrik mulai diuji sesuai jadwal pada Oktober 1943, tangki vakum 14 t merayap keluar dari keselarasan karena kekuatan magnet dan harus dipasang lebih aman. Masalah yang lebih serius muncul ketika kumparan magnet mulai mengalami korsleting. Pada Desember, Groves memerintahkan magnet untuk dibongkar, dan segenggam karat ditemukan di dalamnya. Groves kemudian memerintahkan jalur balap untuk dibongkar dan magnet dikirim kembali ke pabrik untuk dibersihkan. Sebuah pabrik pengawetan logam didirikan di lokasi untuk membersihkan pipa dan fitting.
Tennessee Eastman dipekerjakan untuk mengelola Y-12. Y-12 awalnya memperkaya kandungan uranium-235 hingga antara 13% dan 15%, dan mengirim beberapa ratus gram pertama ke laboratorium Los Alamos pada Maret 1944. Hanya 1 bagian dalam 5.825 dari umpan uranium yang muncul sebagai produk akhir. Sisanya terciprat ke peralatan dalam proses. Upaya pemulihan yang keras membantu meningkatkan produksi menjadi 10% dari umpan uranium-235 pada Januari 1945. Pada Februari, jalur Alpha mulai menerima umpan yang sedikit diperkaya (1,4%) dari pabrik difusi termal S-50 yang baru. Bulan berikutnya ia menerima umpan yang ditingkatkan (5%) dari pabrik difusi gas K-25. Pada April 1945, K-25 memproduksi uranium yang cukup diperkaya untuk langsung masuk ke jalur Beta.
Pada 16 Juli 1945, Lawrence mengamati Uji coba nuklir Trinity dari bom atom pertama bersama Chadwick dan Charles A. Thomas. Sedikit yang lebih bersemangat atas keberhasilannya selain Lawrence. Pertanyaan tentang bagaimana menggunakan senjata yang sekarang berfungsi di Jepang menjadi masalah bagi para ilmuwan. Sementara Oppenheimer tidak menyukai demonstrasi kekuatan senjata baru kepada para pemimpin Jepang, Lawrence merasa sangat yakin bahwa demonstrasi akan bijaksana. Ketika bom uranium digunakan tanpa peringatan dalam pengeboman atom Hiroshima, Lawrence merasa sangat bangga atas pencapaiannya.
Lawrence berharap Proyek Manhattan akan mengembangkan kalutron yang lebih baik dan membangun jalur Alpha III, tetapi mereka dinilai tidak ekonomis. Jalur Alpha ditutup pada September 1945. Meskipun berkinerja lebih baik dari sebelumnya, mereka tidak dapat bersaing dengan K-25 dan K-27 yang baru, yang mulai beroperasi pada Januari 1946. Pada Desember, pabrik Y-12 ditutup, sehingga memangkas gaji Tennessee Eastman dari 8.600 menjadi 1.500 dan menghemat 2.00 M USD per bulan. Jumlah staf di Laboratorium Radiasi turun dari 1.086 pada Mei 1945 menjadi 424 pada akhir tahun.
2.4. Karier Pasca-Perang dan "Ilmu Besar" (Big Science)
Setelah Perang Dunia II, Ernest Lawrence menjadi advokat utama untuk "Ilmu Besar" (Big Science), mengubah cara pendanaan dan pelaksanaan penelitian ilmiah, dan meninggalkan warisan yang kompleks dalam hubungan antara sains, industri, dan pemerintah.
2.4.1. Advokasi dan Promosi "Ilmu Besar"
Setelah perang, Lawrence berkampanye secara ekstensif untuk sponsor pemerintah dalam program-program ilmiah berskala besar. Ia adalah advokat yang kuat untuk Ilmu Besar dengan kebutuhannya akan mesin besar dan dana besar, dan pada tahun 1946 ia meminta Proyek Manhattan untuk lebih dari 2.00 M USD untuk penelitian di Laboratorium Radiasi. Groves menyetujui uang tersebut, tetapi memotong sejumlah program, termasuk proposal Seaborg untuk laboratorium radiasi "panas" di Berkeley yang padat penduduk, dan proposal John Lawrence untuk produksi isotop medis, karena kebutuhan ini sekarang dapat dipenuhi dengan lebih baik dari reaktor nuklir. Salah satu hambatan adalah Universitas California, yang ingin melepaskan kewajiban militernya di masa perang. Lawrence dan Groves berhasil membujuk Sproul untuk menerima perpanjangan kontrak. Pada tahun 1946, Proyek Manhattan menghabiskan 7 USD untuk fisika di Universitas California untuk setiap dolar yang dihabiskan oleh universitas.
Lawrence memiliki pendekatan intuitif yang sangat tidak biasa terhadap masalah fisika yang rumit, dan ketika menjelaskan ide-ide baru kepadanya, seseorang dengan cepat belajar untuk tidak mengaburkan masalah dengan menuliskan persamaan diferensial yang mungkin tampak memperjelas situasi. Lawrence akan mengatakan sesuatu yang intinya ia tidak ingin diganggu oleh detail matematis, tetapi "jelaskan fisika masalahnya kepada saya." Seseorang dapat tinggal dekat dengannya selama bertahun-tahun, dan menganggapnya hampir buta huruf matematis, tetapi kemudian terkejut melihat betapa sepenuhnya ia mempertahankan keterampilannya dalam matematika elektro-magnetisme klasik.
2.4.2. Pengembangan Akselerator Baru dan Pendirian Laboratorium
Siklotron 4.7 m (184 in) selesai dengan dana perang dari Proyek Manhattan. Ia menggabungkan ide-ide baru oleh Ed McMillan, dan selesai sebagai sinkrosiklotron. Ia mulai beroperasi pada 13 November 1946. Untuk pertama kalinya sejak tahun 1935, Lawrence secara aktif berpartisipasi dalam eksperimen, bekerja dengan Eugene Gardner dalam upaya yang tidak berhasil untuk menciptakan pi meson yang baru ditemukan dengan sinkrotron. César Lattes kemudian menggunakan peralatan yang mereka buat untuk menemukan pi meson negatif pada tahun 1948.
Tanggung jawab untuk Laboratorium Nasional Departemen Energi Amerika Serikat beralih ke Komisi Energi Atom Amerika Serikat (AEC) yang baru dibentuk pada 1 Januari 1947. Pada tahun itu, Lawrence meminta 15.00 M USD untuk proyek-proyeknya, yang mencakup akselerator linier baru dan sinkrotron gigaelectronvolt baru yang dikenal sebagai Bevatron. Kontrak Universitas California untuk menjalankan laboratorium Los Alamos akan berakhir pada 1 Juli 1948, dan beberapa anggota dewan ingin melepaskan universitas dari tanggung jawab menjalankan situs di luar California. Setelah beberapa negosiasi, universitas setuju untuk memperpanjang kontrak untuk apa yang sekarang menjadi Laboratorium Nasional Los Alamos selama empat tahun lagi dan untuk menunjuk Norris Bradbury, yang telah menggantikan Oppenheimer sebagai direkturnya pada Oktober 1945, sebagai profesor. Segera setelah itu, Lawrence menerima semua dana yang ia minta.
2.4.3. Senjata Termonuklir
Lawrence merasa khawatir dengan uji coba nuklir pertama Uni Soviet pada Agustus 1949. Tanggapan yang tepat, ia menyimpulkan, adalah upaya habis-habisan untuk membangun senjata nuklir yang lebih besar: bom hidrogen. Ia mengusulkan untuk menggunakan akselerator daripada reaktor nuklir untuk menghasilkan neutron yang dibutuhkan untuk menciptakan tritium yang dibutuhkan bom, serta plutonium, yang lebih sulit, karena energi yang jauh lebih tinggi akan dibutuhkan. Ia pertama kali mengusulkan pembangunan Mark I, prototipe akselerator linier 7.00 M USD, 25 MeV, dengan kode nama Materials Test Accelerator (MTA). Ia segera berbicara tentang MTA baru yang bahkan lebih besar yang dikenal sebagai Mark II, yang dapat menghasilkan tritium atau plutonium dari uranium-238 yang telah habis. Serber dan Segrè berusaha sia-sia untuk menjelaskan masalah teknis yang membuatnya tidak praktis, tetapi Lawrence merasa bahwa mereka tidak patriotik.
Lawrence sangat mendukung kampanye Edward Teller untuk laboratorium senjata nuklir kedua, yang Lawrence usulkan untuk ditempatkan bersama MTA Mark I di Livermore, California. Lawrence dan Teller harus memperdebatkan kasus mereka tidak hanya dengan Komisi Energi Atom, yang tidak menginginkannya, dan Laboratorium Nasional Los Alamos, yang sangat menentang, tetapi juga dengan para pendukung yang merasa bahwa Chicago adalah lokasi yang lebih jelas untuk itu. Laboratorium baru di Livermore akhirnya disetujui pada 17 Juli 1952, tetapi Mark II MTA dibatalkan. Pada saat ini, Komisi Energi Atom telah menghabiskan 45.00 M USD untuk Mark I, yang telah mulai beroperasi, tetapi terutama digunakan untuk memproduksi polonium untuk program senjata nuklir. Sementara itu, Kosmotron Laboratorium Nasional Brookhaven telah menghasilkan berkas 1 GeV.
3. Ideologi dan Filosofi
Pandangan ilmiah dan politik Ernest Lawrence secara signifikan membentuk arah penelitiannya dan memengaruhi lanskap ilmiah serta sosial pada masanya, terutama selama era Perang Dingin.
3.1. Metodologi Ilmiah
Bagi sebagian besar rekan kerjanya, Lawrence tampaknya hampir memiliki keengganan terhadap pemikiran matematis. Ia memiliki pendekatan intuitif yang paling tidak biasa terhadap masalah fisika yang rumit, dan ketika menjelaskan ide-ide baru kepadanya, seseorang dengan cepat belajar untuk tidak mengaburkan masalah dengan menuliskan persamaan diferensial yang mungkin tampak memperjelas situasi. Lawrence akan mengatakan sesuatu yang intinya ia tidak ingin diganggu oleh detail matematis, tetapi "jelaskan fisika masalahnya kepada saya." Seseorang dapat tinggal dekat dengannya selama bertahun-tahun, dan menganggapnya hampir buta huruf matematis, tetapi kemudian terkejut melihat betapa sepenuhnya ia mempertahankan keterampilannya dalam matematika elektromagnetisme klasik.
3.2. Pandangan Politik dan Aktivitas Era Perang Dingin
Meskipun ia memilih Franklin Roosevelt, Lawrence adalah seorang Republikan, yang sangat tidak menyetujui upaya Oppenheimer sebelum perang untuk mengorganisir pekerja Laboratorium Radiasi, yang menurut Lawrence adalah "kegiatan berhaluan kiri". Lawrence menganggap aktivitas politik sebagai buang-buang waktu yang lebih baik dihabiskan untuk penelitian ilmiah, dan lebih suka agar hal itu dijauhkan dari Laboratorium Radiasi.
Dalam iklim Perang Dingin yang dingin di Universitas California pasca-perang, Lawrence menerima tindakan Komite Kegiatan Tidak-Amerika di DPR sebagai sah, dan tidak melihatnya sebagai indikasi masalah sistemik yang melibatkan kebebasan akademik atau hak asasi manusia. Ia melindungi individu-individu di laboratoriumnya, tetapi lebih melindungi reputasi laboratorium. Ia terpaksa membela anggota staf Laboratorium Radiasi seperti Robert Serber yang diselidiki oleh Dewan Keamanan Personel universitas. Dalam beberapa kasus, ia mengeluarkan referensi karakter untuk mendukung staf. Namun, Lawrence melarang saudara Robert Oppenheimer, Frank Oppenheimer, dari Laboratorium Radiasi, merusak hubungannya dengan Robert. Kampanye sumpah setia yang pahit di Universitas California juga mengusir anggota fakultas. Ketika sidang diadakan untuk mencabut izin keamanan Robert Oppenheimer, Lawrence menolak hadir karena sakit, tetapi transkrip di mana ia mengkritik Oppenheimer disajikan tanpa kehadirannya. Keberhasilan Lawrence dalam membangun laboratorium yang kreatif dan kolaboratif dirusak oleh perasaan tidak enak dan ketidakpercayaan yang diakibatkan oleh ketegangan politik.
4. Kehidupan Pribadi
Ernest Lawrence memiliki kehidupan pribadi yang stabil dan berpusat pada keluarga, yang memberikan dukungan di tengah karier ilmiahnya yang intens dan penuh tuntutan.
4.1. Pernikahan dan Keluarga
Saat berada di Yale, Lawrence bertemu Mary Kimberly (Molly) Blumer, putri tertua dari empat putri George Blumer, dekan Sekolah Kedokteran Yale. Mereka pertama kali bertemu pada tahun 1926 dan bertunangan pada tahun 1931, dan menikah pada 14 Mei 1932, di Trinity Church on the Green di New Haven, Connecticut. Mereka memiliki enam anak: Eric, Margaret, Mary, Robert, Barbara, dan Susan. Lawrence menamai putranya Robert dari fisikawan teoretis Robert Oppenheimer, teman terdekatnya di Berkeley. Pada tahun 1941, saudara perempuan Molly, Elsie, menikah dengan Edwin McMillan, yang kemudian memenangkan Hadiah Nobel Kimia pada tahun 1951 bersama Glenn T. Seaborg.
5. Kematian
Kematian Ernest Lawrence pada usia 57 tahun mengakhiri karier cemernerlangnya, yang ditandai oleh kontribusi besar terhadap fisika dan keterlibatan dalam proyek-proyek militer yang signifikan.
5.1. Kondisi Kesehatan dan Kepergian
Pada Juli 1958, Presiden Dwight D. Eisenhower meminta Lawrence untuk melakukan perjalanan ke Jenewa, Swiss, untuk membantu menegosiasikan Perjanjian Larangan Uji Coba Nuklir Sebagian yang diusulkan dengan Uni Soviet. Ketua AEC Lewis Strauss telah mendesak agar Lawrence disertakan. Kedua pria itu telah memperdebatkan kasus pengembangan bom hidrogen, dan Strauss telah membantu mengumpulkan dana untuk siklotron Lawrence pada tahun 1939. Strauss sangat ingin Lawrence menjadi bagian dari delegasi Jenewa karena Lawrence diketahui mendukung kelanjutan uji coba nuklir. Meskipun menderita kambuhnya kolitis ulseratif kronis yang parah, Lawrence memutuskan untuk pergi, tetapi ia jatuh sakit saat di Jenewa, dan dilarikan kembali ke rumah sakit di Universitas Stanford. Ahli bedah mengangkat sebagian besar usus besarnya, tetapi menemukan masalah lain, termasuk aterosklerosis parah di salah satu arterinya. Ia meninggal di Rumah Sakit Palo Alto pada 27 Agustus 1958, sembilan belas hari setelah ulang tahunnya yang ke-57. Molly tidak menginginkan pemakaman umum tetapi menyetujui upacara peringatan di First Congregational Church di Berkeley. Presiden Universitas California Clark Kerr menyampaikan eulogi.
6. Evaluasi dan Warisan
Warisan Ernest Lawrence meluas jauh melampaui penemuan siklotron, membentuk lanskap ilmiah dan teknologi modern, meskipun juga memicu perdebatan etis yang berlanjut hingga kini.
6.1. Penghargaan dan Kehormatan Utama
Selain Hadiah Nobel, Lawrence menerima Medali Elliott Cresson dan Medali Hughes pada tahun 1937, Penghargaan Comstock dalam Fisika pada tahun 1938, Medali dan Penghargaan Duddell pada tahun 1940, Medali Holley pada tahun 1942, Medali untuk Jasa pada tahun 1946, Penghargaan William Procter untuk Prestasi Ilmiah pada tahun 1951, Medali Faraday pada tahun 1952, dan Penghargaan Enrico Fermi dari Komisi Energi Atom pada tahun 1957. Ia terpilih sebagai anggota Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional Amerika Serikat pada tahun 1934, dan baik Akademi Seni dan Ilmu Pengetahuan Amerika maupun American Philosophical Society pada tahun 1937. Ia diangkat menjadi Perwira Legiun Kehormatan pada tahun 1948, dan merupakan penerima pertama Penghargaan Sylvanus Thayer oleh Akademi Militer Amerika Serikat pada tahun 1958.
6.2. Penamaan untuk Menghormati
Hampir segera setelah kematian Lawrence, Dewan Pengawas Universitas California memilih untuk mengganti nama dua laboratorium penelitian nuklir universitas dengan nama Lawrence: Laboratorium Nasional Lawrence Livermore dan Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley. Penghargaan Ernest Orlando Lawrence didirikan untuk mengenangnya pada tahun 1959. Unsur kimia nomor 103, yang ditemukan di Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley pada tahun 1961, dinamai lawrencium untuk menghormatinya. Pada tahun 1968, pusat pendidikan sains publik Lawrence Hall of Science didirikan untuk menghormatinya. Makalah-makalahnya berada di Bancroft Library di Universitas California, Berkeley.
6.3. Dampak pada Sains dan Masyarakat
George B. Kauffman menulis bahwa: "Sebelum dia, 'ilmu kecil' sebagian besar dilakukan oleh individu-individu tunggal yang bekerja dengan sarana sederhana dalam skala kecil. Setelah dia, pengeluaran industri besar-besaran, dan terutama pemerintah, tenaga kerja dan dana moneter membuat 'ilmu besar,' yang dilakukan oleh tim penelitian berskala besar, menjadi segmen utama ekonomi nasional."
6.4. Kritik dan Kontroversi
Pada tahun 1980-an, janda Lawrence mengajukan petisi kepada Dewan Pengawas Universitas California dalam beberapa kesempatan untuk menghapus nama suaminya dari Laboratorium Livermore, karena fokusnya pada senjata nuklir yang Lawrence bantu bangun, tetapi ditolak setiap kali. Molly Lawrence hidup lebih lama dari suaminya selama lebih dari 44 tahun dan meninggal di Walnut Creek, California, pada usia 92 pada 6 Januari 2003.
Lawrence digambarkan oleh Josh Hartnett dalam film Christopher Nolan tahun 2023 Oppenheimer.