Charles Townes

Charles Hard Townes (Greenville, 28 juli 1915 – Berkeley, 27 januari 2015) was een Amerikaanse natuurkundige, onder meer bekend door zijn rol in de uitvinding en ontwikkeling van de maser en laser.

Charles Hard Townes
Charles Townes in 2007
Persoonlijke gegevens
Geboortedatum	28 juli 1915
Geboorteplaats	Greenville
Overlijdensdatum	27 januari 2015
Overlijdensplaats	Berkeley
Nationaliteit	Amerikaans
Academische achtergrond
Alma mater	Caltech Duke University Furman University Greenville High School
Promotor	William Smythe
Wetenschappelijk werk
Vakgebied	natuurkunde
Bekend van	maser
Nobelprijs voor Natuurkunde
Jaar	1964
Reden	"Voor hun fundamentele verrichtingen op het gebied van de kwantumelektronica, dat heeft geleid tot de constructie van oscillatoren en versterkers gebaseerd op het maser-laser principe."
Samen met	Nikolaj Basov Aleksandr Prochorov
Voorganger(s)	Maria Goeppert-Mayer Hans Jensen Eugene Wigner
Opvolger(s)	Richard Feynman Shinichiro Tomonaga Julian Schwinger
Portaal    Natuurkunde

Biografie

Townes werd geboren in een baptistengezin als zoon van Henry Keith Townes, advocaat, en Ellen Hard. Townes behaalde een bachelor (B.A.) in moderne talen en studeerde summa cum laude af in de natuurkunde aan de Furman Universiteit in Greenville, toen hij 19 jaar oud was. In 1937 behaalde een mastergraad (A.M.) in de natuurkunde aan het Duke University in North Carolina. In 1939 behaalde een doctoraat (Ph.D.) in de natuurkunde aan het Instituut voor Technologie in Californië.

Na de oorlog werd hij hoogleraar in de natuurkunde aan de Columbia-universiteit, waar Arthur Schawlow zijn assistent werd. Door hun krachtenbundeling boekten ze een enorme vooruitgang op het vlak van de microgolfspectroscopie, waarbij ze in de jaren vijftig ook masers en lasers ontwikkelden. Hij huwde in 1941 met Frances H. Brown en kreeg later vier dochters. Hij woonde in Berkeley, Californië.

Werk

Tijdens de Tweede Wereldoorlog werkte Townes bij Bell Labs in Murray Hill aan radarsystemen en deed zo uitgebreid ervaring op met microgolftechnieken. Na de oorlog zette hij bij de Columbia-universiteit zijn onderzoek naar spectroscopie met microgolven voort. Daarvoor had hij een bron nodig die intense stralingspulsen zuiver kon produceren. In 1951 kreeg hij de eerste ideeën om microgolven op te wekken met behulp van gestimuleerde emissie door populatie-inversie – een mogelijkheid die al in 1917 door Albert Einstein was aangegeven. Met overheidssteun van 30.000 dollar slaagde hij erin om in 1954 een ammoniakmasers te fabriceren met een golflengte van 1,25 cm (24 GHz).

In 1958 publiceerde Townes met zijn zwager Schawlow in Physical Review een theoretisch artikel^[1] over de mogelijkheid van een "optische maser" die werkt bij golflengtes van zichtbaar licht. In het artikel stelden ze voor om actief medium alkalidamp te gebruiken in plaats van ammoniak. Hoewel Townes en Schawlow in maart 1960 een octrooi verkregen op de laser was het de jonge elektrotechnisch ingenieur Theodore Maiman die – geïnspireerd op hun artikel – op 16 mei 1960 de eerste werkende laser demonstreerde. Als actief medium gebruikte hij geen gasvormige stof maar een synthetisch vervaardigd robijnstaafje – een materiaal waarvan Schawlow had voorspeld dat het zeker niet ging werken.

In 1961 werd Townes benoemd tot provost en professor natuurkunde aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT) en in 1967 professor aan de universiteit van Californië te Berkeley, een positie die hij behield tot 1986. Vanaf eind jaren zestig legde hij zich vooral toe op astronomie en het toepassen van masers en lasers in dit veld. Dat leidde onder meer tot de ontdekking van complexe organische moleculen in de ruimte en het zwarte gat in het centrum van de Melkweg.

Naast meer dan 125 wetenschappelijke artikelen is hij tevens auteur van het boek "Microwave Spectroscopy"^[2] (1955, met Schawlow) en twee memoires, "Making Waves"^[3] (1995) en "How the Laser Happened: Adventures of a Scientist"^[4] (2002).