Charles Hard Townes

Figlio di Henry Keith Townes, avvocato, e di Ellen Hard, frequentò le scuole superiori a Greenville e quindi la Furman University dove ottenne il titolo di Bachelor of Science in Fisica e B.A. in Lingue Moderne, con lode, nel 1935.

La fisica lo attrasse fin dai primi anni al college per la sua struttura logica, ma aveva interessi anche in scienze naturali e biologia, come curatore del museo alla Furman, e numerosi altri impegni come la squadra di nuoto, il giornale scolastico e la banda.

Completò gli studi per la laurea in Fisica (B.A.) alla Duke University nel 1936, per entrare al California Institute of Technology (Caltech) dove ottenne il Ph.D. nel 1939 con una tesi sulla separazione isotopica e lo spin nucleare.

Dal 1933 era già membro dello staff dei Bell Laboratories, dove rimase fino al 1947 lavorando, nel corso della seconda guerra mondiale, allo sviluppo degli apparati radar, conseguendo numerosi brevetti in tal campo.

Nel 1941 aveva sposato Frances H. Brown dalla quale ebbe quattro figlie Linda Rosenwein, Ellen Anderson, Carla Kessler, and Holly Townes.

Dopo la guerra rivolse la sua attenzione all’applicazione delle tecniche delle microonde dei radar bellici alla spettroscopia, prevedendo fosse un nuovo potente mezzo di indagine della struttura atomica e molecolare.

Dal 1948 fu chiamato ad insegnare alla Columbia University, come Professore Associato e poi nel 1950 Professore Ordinario. Qui continuò le sue ricerche sulla fisica delle microonde, in particolare sulla interazione tra microonde e molecole e sulla spettroscopia a microonde.  Dal 1950 al 1952 fu direttore esecutivo del Columbia Radiation Laboratory e, dal 1952 al 1955, Direttore del Dipartimento di Fisica.

Nel 1951, a suo dire osservando un cespuglio di azalee in fiore in un parco a Washington, concepì l’idea di un intenso fascio di radiazione coerente e nel 1954, insieme a  James P. Gordon e H. J. Zeiger, con un dispositivo che usava gas di ammoniaca come mezzo attivo ottenne la prima amplificazione e produzione di microonde con emissione stimolata alla frequenza di 24.0 GHz.  Insieme ai suoi studenti coniò la parola maser come acronimo di Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation.

Fisici teorici come Niels Bohr e John von Neumann avevano ritenuto impossibile un tale dispositivo e i Nobel Isidor Isaac Rabi e Polykarp Kusch che avevano finanziamenti dalla stessa fonte per un analogo progetto, tre mesi prima dell’esperimento riuscito avevano cercato di fermarlo scrivendo: you should stop the work you are doing. It isn’t going to work. You know it’s not going to work, we know it’s not going to work. You’re wasting money, Just stop!

Nel 1958 insieme al cognato A.L. Schawlow mostrarono teoricamente che il maser poteva operare nella regione di frequenze ottiche e infrarosso, coniando il termine laser (con Light al posto di Microwave).

Nel 1964 ottenne il Premio Nobel per la fisica, assieme a Nikolaj Gennadievič Basov e Aleksandr Michailovic Prochorov, per il fondamentale lavoro nel campo dell’elettronica quantistica, che ha portato alla costruzione di oscillatori e amplificatori basati sul principio del maser-laser.

Dal 1959 al 1961 lasciò la Columbia per il posto di Vice Presidente e Direttore di Ricerca all’Institute for Defense Analyses a Washington, un’organizzazione  di consulenza del Governo formata da undici università.

Dal 1961 al 1967 fu Professore di Fisica al Massachusetts Institute of Technology (M.I.T.) incaricato anche della supervisione dei programmi di ricerca e didattici,  quindi dal 1967 Professore di Fisica alla University of California a Berkeley, dove rimase fino alla morte.

In questi anni si dedicò a ricerche nei campi dell’ottica non lineare, radioastronomia e astronomia infrarossa, insieme ai suoi assistenti misurarono la massa del buco nero al centro della nostra galassia e rivelarono le prime molecole complesse nello spazio interstellare.

Tenne anche numerosi corsi all’estero, all’Università di Parigi, Tokio, Toronto, in Germania, India e in Italia alla Enrico Fermi International School of Physics a Varenna dove nel 1963 fu direttore del corso sulla luce coerente.

Dal 1966 al 1970 fu anche presidente del comitato di consulenza della NASA per il programma Apollo di allunaggio oltre che consulente scientifico di numerose agenzie governative e industrie private come General Motors e Perkins Elmer Co.

Oltre al Nobel ebbea numerosi altri premi e riconoscimenti, come il Premio Comstock per la fisica dell’Accademia Nazionale della Scienza (1958), il Premio  Richtmyer della American Association of Physics Teachers (AAPT, 1959), il premio della IEEE (1961), la Medagflia Rumford della American Academy of Arts and Sciences, la medaglia del Franklin Institute (1962), il premio Young dell’Institute of Physics (1963), la medaglia Niels Bohr per i suoi contributi all’uso pacifico dell’energia atomica (1982), la Medaglia Nazionale per la Scienza dal Presidente Reagan (1982), la Medaglia Ives dalla Optical Society of America (1996),  il premio Norris Russell dalla American Astronomical Society (1998), la medaglia Lomonosov dalla Accademia Russa delle Scienze (2000), la medaglia Galileo dalla SIOF (Società Italiana di Ottica e Fotonica, 2004), il Premio Templeton per il ‘progresso della ricerca delle realtà spirituali’ (2005), il premio Vannevar Bush alla carriera scientifica (2006). Era membro dell’Accademia Nazionale delle Scienze dal 1956, della American Academy of Arts and Sciences, dell’Accademia Pontificia delle Scienze, dell’Accademia Russa delle Scienze, oltre ad avere ricevuto vari dottorati onorari.

È autore di numerose pubblicazioni e trattati, tra cui How the Laser Happened: Adventures of a Scientist (Oxford University Press, 1999), Microwave Spectroscopy (con Arthur Schawlow, McGraw-Hill,1955), Making Waves (American Institute of Physics Press, 1995).

Profondamente religioso, membro della Chiesa Unitariana, credeva che scienza e religione fossero parallele, molto più simili di quanto molti pensino, e a lungo andare convergeranno. Al conferimento del Premio Templeton scrisse: Science tries to understand what our universe is like and how it works, including us humans. Religion is aimed at understanding the purpose and meaning of our universe, including our own lives. If the universe has a purpose or meaning, this must be reflected in its structure and functioning, and hence in science.

Morì all’età di 99 anni nel gennaio del 2015, Anno Internazionale della Luce.