Charles Townes, inventor del láser y ganador del premio Nobel de Física en 1964 por su concepción del “maser”,  fue Profesor emérito en la Universidad de California en Berkeley hasta el momento de su fallecimiento a los 99 años de edad, el 27 de enero. Su creación sirvió para encontrar las primeras evidencias de la existencia de un agujero negro en el centro de nuestra galaxia.

Crédito foto de portada: Utah People.com Charles Townes con el máser en 1955.

En 1951, a los 35 años, Townes era profesor de la Universidad de Columbia y asesor de Bell Labs (telefónica Bell) .Su trabajo había transcurrido entre radares durante la segunda guerra mundial al uso de ondas más cortas interesado en construir un haz intenso de microondas para crear una sonda. Einstein ya en 1917 había expuesto la teoría de que se podría amplificar un rayo de luz utilizando los estados excitados de un átomo o molécula pero fue Townes quién creo el mecanismo para separar en la práctica  moléculas en estados excitados y confinarlas en fase gaseosa en una cavidad resonante. Al desplazarse a través de un gas, las microondas estimulan a las moléculas para que emitan un destello monocromático, coherente e intenso de radiación.

Creador del primer aparato amplificador de frecuencias de microondas

Y un día de aquel año en que estaba sentado en el banco de un parque de Washington DC se le ocurrió la idea. Con la ayuda de otros colegas científicos y de los estudiantes James P. Gordon y H. J. Zeiger, Townes fue el primero que en 1954 creó un aparato capaz de aprovechar moléculas de amoniaco  para amplificar las frecuencias microondas hasta el entorno del los  24.0 gighertzios,

El aparto en cuestión se denominó «maser» ( Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation). En 1958 junto a su cuñado  y también  Premio Nobel Arthur Schawlow, concibió el láser basándose en el mecanismo físico del máser pero utilizando haces de luz óptica en lugar de la energía de microondas, un invento que fue patentado por Bell Lab como el “laser”. Sin embargo, la investigación de Townes se vio frenada al ser nombrado en 1959 director científico del Instituto Estadounidense de Análisis de la Defensa, de modo que el primer láser fue efectivamente construido por Theodore Maiman en 1960. En 1964,Townes recibió el Nobel de Física por su trabajo en electrónica cuántica junto a dos físicos rusos que habían ideado el máser por su lado también: Aleksandr Prokhorov y Nicolai Basov.

Foto: De izquierda a derecha: Charles & Frances Townes en el Simposio de Luz increíble en 2005; dos fotos de Townes al principio de su carrera; discutiendo de física con Reinhard Genzel; sobre «El Banco» en Washington, DC, donde estaba sentado cuando se dio cuenta de cómo construir un máser; su 99 cumpleaños en el campus de la Universidad de Berkeley; en el trabajo, en mitad de su carrera. (Collage de Sarah Wittmer, departamento de física)

Townes, pionero en el uso del laser en astronomía

En 1967, Townes fue nombrado profesor asociado en la Universidad de California en Berkeley U donde ha permanecido ejerciendo sus actividades casi cinco décadas siendo miembro del departamento de física de la universidad y del Laboratorio de Ciencias del Espacio. A su llegada a la universidad se unió al profesor Jack Welch quien planeaba construir un pequeño radiotelescopio para detectar nuevas moléculas. Townes fue un pionero en el uso del maser y láser en astronomía, y fue el primero en detectar en 1968 moléculas complejas (amoniaco y agua) en el espacio interestelar y el primero en medir la masa del gigantesco agujero negro en el centro de la Vía Láctea.  Gracias al hallazgo casual de que el agua encontrada en las moléculas amplificaba el efecto maser natural, se han conseguido ya detectar más de 180 especies moleculares diferentes en el espacio, algunas de hasta 13 átomos, lo que ha dado lugar al establecimiento la disciplina de investigación llamada astroquímica.

Una serie de telescopios infrarrojos basados en láser que Townes construyó en el observatorio Mt. Wilson en las afueras de Los Angeles permiten medir el diámetro de las estrellas que en la mayoría de los telescopios se ven como pequeños puntos de luz. Y desde 1980 Townes se entrego a esta ciencia llamada interferometría óptica e infrarroja. Sus técnicas interferométricas permitirán en un futuro próximo la detección rutinaria de exoplanetas mediante imágenes directas.

Townes, profundamente espiritual

Numerosos reconocimientos así como la asunción de grandes responsabilidades jalonaron la carrera de Townes. Sin embargo, también fue reconocido por su avanzado pensamiento espiritual señalando el paralelismo entre la ciencia y la religión y así lo expresó: “La ciencia intenta comprender como es nuestro universo y como funciona incluyendo a los seres humanos. La religión intenta comprender el propósito y significado de nuestro universo incluyendo nuestras vidas. Si el universo tiene un propósito o significado, estos deben de estar reflejados en su estructura y funcionamiento y por lo tanto en la ciencia”.

‘Bajo mi punto de vista, aunque ciencia y religión puedan parecer diferentes, poseen muchas similitudes y deberían interaccionar e iluminarse la una a la otra’

El astrofísico Reinhard Genzel, director del Instituto de Física Extraterrestre Max Planck, en un perfil de Townes publicado por UC Berkeley dijo:

«Townes fue uno de los físicos experimentales más importantes del último siglo. Para quienes lo conocieron fue un modelo a imitar, un mentor maravilloso y una persona admirada. Su fortaleza estaba en su curiosidad y su imperturbable optimismo que se basaba en su profunda espiritualidad cristiana».

El invento de Townes ha tenido un papel central en una amplia variedad de aplicaciones técnicas que se han convertido en elementos omnipresentes en el mundo moderno. Incorporado en una amplia variedad de productos de electrónica de consumo y fibra óptica, el láser también se utiliza para cortar metal, realizar cirugías, atrapar átomos y generar reacciones de fusión nuclear. Otros dispositivos comunes como impresoras o punteros de luz también incorporan láser y sus aplicaciones van desde campos como el industrial y el médico.

Vídeo Celebrando al Premio Nobel Charles Townes inventor del rayo láser :