Λούις Άλβαρεζ

Παιδική ηλικία

Ο Λούις Γουόλτερ Άλβαρεζ γεννήθηκε στο Σαν Φρανσίσκο την 13η Ιουνίου 1911, ως το δεύτερο παιδί και ο μεγαλύτερος γιος του Γουόλτερ Κ. Άλβαρεζ, ενός ιατρού, και της συζύγου του, Χάριετ Σμιθ. Ήταν εγγονός του Λούις Φ. Άλβαρεζ, ενός Ισπανού ιατρού που γεννήθηκε στην Αστούρια της Ισπανίας, έζησε για λίγο καιρό στην Κούβα και τελικά εγκαταστάθηκε στις Ηνωμένες Πολιτείες, και ο οποίος ανακάλυψε μια καλύτερη διαγνωστική μέθοδο για την κηλιδώδη λέπρα. Αυτός είχε μια μεγαλύτερη αδελφή, την Γκλάντις, έναν μικρότερο αδερφό, τον Μπόμπ, και μια μικρότερη αδελφή, την Βερνίς. Η θεία του, η Μαμπέλ Άλβαρεζ, ήταν καλλιτέχνιδα στην Καλιφόρνια που ειδικευόταν στην ελαιογραφία.  
Την περίοδο 1918-1924 ήταν μαθητής στο Σχολείο Μάντισον του Σαν Φρανσίσκο, και στη συνέχεια εισήχθηκε στο Πολυτεχνικό Γυμνάσιο του Σαν Φρανσίσκο. Το 1926 ο πατέρας του έγινε ερευνητής στην Κλινική Μάγιο και η οικογένεια μετακόμισε στο Ρότσεστερ της Μινεσότα, όπου ο Λούις πήγε στο Γυμνάσιο της πόλης. Μολονότι ήταν αναμενόμενο να συνεχίσει τις σπουδές του στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, οι καθηγητές του τον παρότρυναν, αντίθετα, να σπουδάσει στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο, από όπου το 1932 έλαβε το πτυχίο του, το 1934 το μεταπτυχιακό μάστερ και το 1936 το διδακτορικό του. Ως φοιτητής ανήκε στην αδελφότητα Φι Γάμμα Δέλτα. Ως μεταπτυχιακός μπήκε στην Γάμμα Άλφα. 
Το 1932, ενόσω ήταν μεταπτυχιακός φοιτητής στο Σικάγο, ανακάλυψε τη φυσική και του δόθηκε η σπάνια ευκαιρία να χρησιμοποιήσει τον εξοπλισμό του θρυλικού φυσικού Άλμπερτ Α. Μάικελσον. Ο Λούις κατασκεύασε μια συσκευή από σωλήνες μετρητών Γκάιγκερ διατεταγμένους ως μέρη ενός τηλεσκοπίου κοσμικής ακτινοβολίας, και υπό την αιγίδα του συμβούλου της Σχολής του, Άρθουρ Κόμπτον, διεξήγαγε ένα πείραμα στην πόλη του Μεξικού για να μετρήσει την αποκαλούμενη Ανατολική-Δυτική επίδραση των κοσμικών ακτίνων. Παρατηρώντας περισσότερη εισερχόμενη ακτινοβολία από τη δύση, ο Λούις κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι κύριες κοσμικές ακτίνες ήταν θετικά φορτισμένες. Ο Κόμπτον υπέβαλε τη μελέτη στο Physical Review, με το όνομα του Λούις Άλβαρεζ στην κορυφή.  
Ο Λούις ήταν αγνωστικιστής.

Πρώτη εργασία

Η αδελφή του Λούις, η Γκλάντις, εργαζόταν ως ημιαπασχολούμενη γραμματέας για τον Έρνεστ Λόρενς, στον οποίο ανέφερε τον Λούις. Ο Έρνεστ προσκάλεσε τον Λούις να επισκεφθούν μαζί τη διεθνή έκθεση του 1933 στο Σικάγο, με θέμα Αιώνας Προόδου: 1833-1933. Το 1936 που ολοκλήρωσε τις προφορικές εξετάσεις του, ο Λούις ήταν πια αρραβωνιασμένος με τη Τζεραλντίν Σμίθγουικ και ζήτησε από την Γκλάντις να ενημερωθεί αν υπήρχε καμία διαθέσιμη θέση εργασίας στο Εργαστήριο ακτινοβολίας του Λόρενς. Γρήγορα έλαβε ένα τηλεγράφημα με προσφορά εργασίας, και έτσι ξεκίνησε μια μακροχρόνια συνεργασία με το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ. Ο Λούις και η Τζεραλντίν παντρεύτηκαν σε ένα από τα παρεκκλήσια του Πανεπιστημίου του Σικάγο και στη συνέχεια κατευθύνθηκαν προς την Καλιφόρνια. Απέκτησαν δύο παιδιά, τους Γουόλτερ και Τζιν. Πήραν διαζύγιο το 1957. Την 28η Δεκεμβρίου 1958 παντρεύτηκε τη Τζάνετ Λ. Λάντις και απέκτησαν ακόμη δύο παιδιά, τον Ντόναλντ και την Έλεν.
Στο Εργαστήριο Ακτινοβολίας εργάστηκε με την πειραματική ομάδα του Λόρενς, που είχε υποστήριξη από μια ομάδα θεωρητικών φυσικών με επικεφαλής τον Ρόμπερτ Ομπενχάιμερ. Ο Λούις κατάστρωσε μια σειρά πειραμάτων για να παρατηρήσει τη σύλληψη ηλεκτρονίων Κ σε ραδιενεργούς πυρήνες, όπως είχε προβλεφθεί στη θεωρία της διάσπασης βήτα αλλά δεν είχε τεκμηριωθεί ως τότε. Χρησιμοποιώντας μαγνήτες για να εκτρέψει τα ποζιτρόνια και τα ηλεκτρόνια που εκπέμπονταν από τις ραδιενεργές πηγές του, σχεδίασε ένα μετρητή Γκάιγκερ εξειδικευμένο στο να ανιχνεύει αποκλειστικά μόνο τις «μαλακές» ακτίνες Χ που προέρχονται από την σύλληψη K. Τα αποτελέσματά του δημοσιεύτηκαν στο Physical Review το 1937.
Όταν το δευτέριο (υδρογόνο-2) βομβαρδίζεται με δευτέριο, η αντίδραση σύντηξης παράγει είτε τρίτιο (υδρογόνο-3) και ένα πρωτόνιο ή ήλιο-3 και ένα νετρόνιο ( 2H + 2H → 3H + p ή 3He + n ). Πρόκειται για μια από τις πιο βασικές αντιδράσεις σύντηξης, και είναι θεμελιώδης για τα θερμοπυρηνικά όπλα και την τρέχουσα έρευνα για την ελεγχόμενη πυρηνική σύντηξη. Εκείνη την περίοδο δεν είχε προσδιοριστεί ακόμα η σταθερότητα αυτών των προϊόντων αντίδρασης, αλλά βασισμένος στις υφιστάμενες θεωρίες ο Χανς Μπέτε υπέθεσε ότι το τρίτιο θα ήταν σταθερό και το ήλιο-3 ασταθές. Ο Λούις απέδειξε το αντίθετο χρησιμοποιώντας τις γνώσεις του για τις λεπτομέρειες της λειτουργίας του κύκλοτρου 60 ιντσών. Ρύθμισε το μηχάνημα έτσι ώστε να επιταχύνει τους διπλά ιονισμένους πυρήνες του ηλίου-3 και προέκυψε μια δέσμη επιταχυνόμενων ιόντων, δηλαδή το κύκλοτρο λειτούργησε ως ένας τύπος σούπερ φασματόμετρου μάζας. Καθώς το επιταχυνόμενο ήλιο προήλθε από βαθιά πηγάδια φυσικών αερίων όπου είχαν παγιδευτεί για εκατομμύρια χρόνια, το συστατικό ήλιο-3 έπρεπε να είναι σταθερό. Στη συνέχεια, ο Λούις παρήγαγε ραδιενεργό τρίτιο, χρησιμοποιώντας το κύκλοτρο και την αντίδραση 2H + 2H, και μέτρησε το χρόνο ημιζωής του. 
Το 1938, και πάλι χρησιμοποιώντας τις γνώσεις του για το κύκλοτρο και επινοώντας τις γνωστές ως τεχνικές χρόνου πτήσης, ο Λούις δημιούργησε μια μονοεργητική δέσμη θερμικών νετρονίων. Με αυτή ξεκίνησε μια μακρά σειρά πειραμάτων, σε συνεργασία με τον Φέλιξ Μπλοχ, για τον προσδιορισμό της μαγνητικής ροπής του νετρονίου. Το αποτέλεσμα τους ήταν μ₀ = 1.93±0.02 μN, δημοσιεύθηκε το 1940 και ήταν σημαντική πρόοδος στο πεδίο.

Εργαστήριο ακτινοβολίας

Το 1940 η Βρετανική Αποστολή Τίζαρντ στις Ηνωμένες Πολιτείες παρουσίασε στους κορυφαίους Αμερικανούς επιστήμονες την επιτυχή εφαρμογή του μάγνητρου κενού στην κατασκευή του παλμικού ραντάρ μικρού μήκους κύματος. Η νεοσύστατη Εθνική Επιτροπή Έρευνας Άμυνας, του Προέδρου Φραγκλίνου Ρούζβελτ, δημιούργησε ένα κεντρικό εθνικό εργαστήριο στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο Μασαχουσέτης (MIT) με σκοπό την ανάπτυξη των στρατιωτικών εφαρμογών των ραντάρ μικροκυμάτων. Ο Λόρενς αμέσως προσέλαβε τους καλύτερους «χρήστες κύκλοτρου», μεταξύ των οποίων τον Λούις, ο οποίος εντάχθηκε σε αυτό το νέο εργαστήριο, το γνωστό ως το Εργαστήριο Ακτινοβολίας, την 11η Νοεμβρίου 1940.
Ένα από τα πρώτα έργα του ήταν η κατασκευή εξοπλισμού για τη μετάβαση από το βρετανικό ραντάρ μεγάλου μήκους κύματος στο νέο ραντάρ μικροκυμάτων με μήκος κύματος εκατοστομετρικού εύρους, που κατέστη δυνατή με το μάγνητρο κενού. Κατά την επεξεργασία του συστήματος ραντάρ μικροκυμάτων έγκαιρης προειδοποίησης (MEW), ο Λούις εφηύρε μια κεραιοστοιχία γραμμικών διπόλων που κατέστειλε τους ανεπιθύμητους πλευρικούς λοβούς του πεδίου ακτινοβολίας και μπορούσε να σαρωθεί ηλεκτρονικά. Επρόκειτο για την πρώτη κεραιοστοιχία μικροκυμάτων με συμφασικά στοιχεία, την οποία αξιοποίησε στο MEW και σε άλλα δύο συστήματα ραντάρ. Η κεραία επέτρεψε στο ραντάρ ακριβείας για βομβαρδισμούς Eagle (Αετός) μεγαλύτερη ακρίβεια κατά τους βομβαρδισμούς στην κακοκαιρία ή σε συννεφιές. Όμως η κατασκευή του Αετού ολοκληρώθηκε μάλλον αργά στην πορεία του πολέμου, και μολονότι εγκαταστάθηκε σε μερικά αεροσκάφη B-29, και λειτούργησε καλά, δεν πρόλαβε να κάνει μεγάλη διαφορά.
Το σύστημα ραντάρ για το οποίο είναι καλύτερα γνωστός ο Λούις Άλβαρεζ, που ήταν σημαντικό στην αεροπορία, ιδίως στον αποκλεισμό του Βερολίνου κατά τη μεταπολεμική περίοδο, ήταν η Επίγεια Ελεγχόμενη Προσέγγιση (GCA). Χρησιμοποιώντας τη διπολική κεραία του Άλβαρεζ για να επιτύχει μια πολύ υψηλή γωνιακή ανάλυση, το GCA επιτρέπει στους επίγειους χειριστές ραντάρ να παρακολουθούν ειδικές οθόνες ακριβείας ώστε να καθοδηγήσουν ένα αεροπλάνο προς τον διάδρομο προσγείωσης με φωνητικές οδηγίες προς τον πιλότο. Το σύστημα ήταν απλό, άμεσο και λειτούργησε καλά, ακόμη και με ανειδίκευτους πιλότους. Ήταν τόσο επιτυχές που ο στρατός συνέχισε να το χρησιμοποιεί για πολλά χρόνια μετά τον πόλεμο, σε ορισμένες χώρες μέχρι και τη δεκαετία του '80. Το 1945 ο Άλβαρεζ τιμήθηκε με το Βραβείο Κόλιερ της Εθνικής Αεροναυτικής Ένωσης «για την εξέχουσα και εξαιρετική πρωτοβουλία του στο σχεδιασμό και στην ανάπτυξη του συστήματος Επίγειας Ελεγχόμενης Προσέγγισης για την ασφαλή προσγείωση των αεροσκαφών υπό όλες τις συνθήκες καιρού και κυκλοφορίας». 
Ο Λούις πέρασε το καλοκαίρι του 1943 στην Αγγλία δοκιμάζοντας το GCA, προσγειώνοντας τα αεροπλάνα που επέστρεφαν από μάχες με κακοκαιρία, και επίσης εκπαιδεύοντας τους Βρετανούς στη χρήση του συστήματος. Όσο ήταν εκεί συνάντησε τον νεαρό Άρθουρ Κλάρκ, ο οποίος ήταν τεχνικός ραντάρ της RAF. Ο Κλαρκ, στη συνέχεια, χρησιμοποίησε τις εμπειρίες του από τον ερευνητικό σταθμό ραντάρ ως βάση για το μυθιστόρημα του με τίτλο Glide Path (Τροχιά Προσγείωσης), όπου παρουσίασε μία ελαφρώς μεταμφιεσμένη εκδοχή του Άλβαρεζ. Μεταξύ των Κλαρκ και Λούις αναπτύχθηκε μια μακροχρόνια φιλία.

Πρόγραμμα Μανχάταν

Το φθινόπωρο του 1943, ο Λούις επέστρεψε στις Ηνωμένες Πολιτείες με μια προσφορά από τον Ρόμπερτ Οπενχάιμερ, να εργαστεί στο Λος Άλαμος στο Πρόγραμμα Μανχάταν. Ο Οπενχάιμερ του πρότεινε να δουλέψει λίγους μήνες στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο με τον Ενρίκο Φέρμι προτού ξεκινήσει για το Λος Άλαμος. Κατά τη διάρκεια αυτών των μηνών, ο στρατηγός Λέσλι Γκρόβς ζήτησε από τον Άλβαρεζ να εκπονήσει μία μέθοδο με τη οποία οι ΗΠΑ θα μπορούσαν να εντοπίσουν τυχόν πυρηνικούς αντιδραστήρες των Γερμανών. Ο Άλβαρεζ πρότεινε ένα αεροπλάνο που θα μετέφερε ένα σύστημα για την ανίχνευση των ραδιενεργών αερίων που παράγει ένας αντιδραστήρας, ιδιαίτερα του Ξένου 133. Η συσκευή πέταξε πάνω από τη Γερμανία, αλλά δεν ανιχνεύθηκε ραδιενεργό ξένο επειδή οι Γερμανοί δεν είχαν κατασκευάσει έναν αντιδραστήρα αλυσιδωτής αντίδρασης. Αυτή ήταν η πρώτη ιδέα για συλλογή πληροφοριών με παρακολούθηση των προϊόντων σχάσης, και κατέστη εξαιρετικά σημαντική μετά τον πόλεμο.
Ο Λούις έφτασε στο Λος Άλαμος την άνοιξη του 1944. Τα έργα για το «Μικρό Αγόρι» (μια βόμβα ουρανίου) είχαν ήδη προχωρήσει πολύ, οπότε ο Άλβαρεζ ασχολήθηκε με το σχεδιασμό του «Χοντρού Άντρα» (μια βόμβα πλουτωνίου). Η τεχνική που χρησιμοποιήθηκε για το ουράνιο, η πυροδότηση δύο υποκρίσιμων μαζών ώστε να δημιουργηθεί πυρηνική έκρηξη, θα ήταν αναποτελεσματική με το πλουτώνιο επειδή στο παρασκήνιο θα υπήρχαν πολλά νετρόνια από αυθόρμητες σχάσεις που θα καθιστούσαν το σύστημα ασταθές. Αποφασίστηκε να χρησιμοποιηθεί μια σχεδόν κρίσιμη σφαίρα πλουτωνίου και να συμπιεστεί γρήγορα με εκρηκτικά προς έναν πυρήνα πολύ μικρότερο και πυκνότερο, ένα σχέδιο που αποτέλεσε τεχνική πρόκληση τότε. 
Η συμπίεση του πυρήνα πλουτωνίου πραγματοποιήθηκε με συμμετρική ενδόρρηξη από ταυτόχρονη πυροδότηση 32 εκρηκτικών φορτίων που περιέβαλλαν τον σφαιρικό πυρήνα. Ο ταυτοχρονισμός των εκρήξεων, σε επίπεδο κλασμάτων του μικροδευτερολέπτου, ήταν δύσκολος με τους συμβατικούς πυροκροτητές. Ο Άλβαρεζ έδωσε οδηγίες στον φοιτητή Λόρενς Τζόνσον, να χρησιμοποιήσει έναν μεγάλο πυκνωτή για να κατευθύνει ένα φορτίο υψηλής τάσης απευθείας σε κάθε εκρηκτικό φακό, αντικαθιστώντας τους πυροκροτητές με εκρηγνυόμενους πυροδοτητές. Ο ταυτοχρονισμός επιτεύχθηκε με απόκλιση λίγων δεκάτων του μικροδευτερολέπτου. Η εφεύρεση ήταν κρίσιμη για την επιτυχία του πυρηνικού όπλου τύπου ενδόρρηξης. Ο Άλβαρεζ επέβλεπε επίσης τα πειράματα RaLa. Αργότερα έγραψε ότι:
Με τα σύγχρονα όπλα ουρανίου, το ποσοστό νετρονίων στο παρασκήνιο είναι τόσο χαμηλό που οι τρομοκράτες, αν διέθεταν τέτοιο υλικό, θα κατάφερναν να προκαλέσουν μία τεράστια έκρηξη απλά ρίχνοντας το μισό υλικό πάνω στο άλλο μισο. Οι περισσότεροι άνθρωποι δεν γνωρίζουν ότι αν κρατάς χωρισμένο U-235, είναι πανεύκολο να ξεκινήσεις μία πυρηνική έκρηξη, ενώ αν προσφέρεται μόνο πλουτώνιο, η πυροδότησή του είναι η πιο δύσκολη τεχνική υπόθεση που ξέρω.
Και πάλι σε συνεργασία με τον Τζόνσον, το τελευταίο καθήκον του Άλβαρεζ για το Πρόγραμμα Μανχάταν ήταν να αναπτύξει ένα σύστημα βαθμονομημένων μικροφώνων / πομπών που θα ριπτόταν με αλεξίπτωτο από ένα αεροσκάφος για να μετρήσει την ισχύ του κύματος κρούσης από την ατομική έκρηξη, έτσι ώστε να επιτραπεί στους επιστήμονες να υπολογίσουν την ενέργεια της βόμβας. Αφού ανέλαβε τη θέση του αντισυνταγματάρχη στις Δυνάμεις Ξηράς των ΗΠΑ, παρακολούθησε την πυρηνική δοκιμή Τρίνιτι από ένα αεροσκάφος Β-29 Superfortress, στο οποίο επέβαιναν, επίσης, οι συναδέλφοι του από το Πρόγραμμα Αλμπέρτα, οι Χάρολντ Αγκνιού και Ντικ Πάρσονς (οι οποίοι ανέλαβαν θέσεις πλοίαρχων).
Από το αεροσκάφος B-29 Superfortress Ο Μεγάλος Καλλιτέχνης που πέταξε σε σχηματισμό με το Ενόλα Γκέι, οι Άλβαρεζ και Τζόνσον μέτρησαν την ένταση του κύματος κρούσης από την έκρηξη της βόμβας Μικρό Αγόρι που ρίφθηκε στη Χιροσίμα. Λίγες μέρες αργότερα, πάλι από τον Μεγάλο Καλλιτέχνη, ο Τζόνσον χρησιμοποίησε τον ίδιο εξοπλισμό για να μετρήσει τη δύναμη της έκρηξης στο Ναγκασάκι.

Θάλαμος φυσαλίδων

Επιστρέφοντας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια ως τακτικός καθηγητής, ο Άλβαρεζ επιστράτευσε τις γνώσεις του για τα ραντάρ του πολέμου στη βελτίωση των επιταχυντών σωματιδίων. Η «μεγάλη ιδέα» εκείνης της περιόδου ήταν η σταθερότητα φάσης του Έντουιν ΜακΜίλαν που οδήγησε στην κατασκευή του συγχροκυκλοτρόνιου. Πέραν αυτού, η ομάδα του Λόρενς κατασκεύασε τον τότε μεγαλύτερο επιταχυντή πρωτονίων παγκοσμίως, το Μπέβατρον, που λειτούργησε το 1954. Αν και το Μπέβατρον μπορούσε να παράγει άφθονα ενδιαφέροντα σωματίδια, ιδιαίτερα από τις δευτερογενείς συγκρούσεις, αυτές οι πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις ήταν δύσκολο να ανιχνευτούν και να αναλυθούν ακόμα.
Ο Ντόναλντ Γκλέιζερ παρουσίασε ένα νέο μηχάνημα, τον θάλαμο φυσαλίδων, για απεικόνιση των σωματιδιακών τροχιών. Ο Άλβαρεζ αξιολόγησε ότι η συσκευή ήταν εξαιρετικά χρήσιμη και ότι θα λειτουργήσει καλύτερα με υγρό υδρογόνο. Οι πυρήνες υδρογόνου, δηλαδή τα πρωτόνια, ήταν οι πιο απλοί και προσιτοί στόχοι για αλληλεπιδράσεις με τα σωματίδια που παράγονταν από το Μπέβατρον. Ξεκίνησε ένα αναπτυξιακό πρόγραμμα για την κατασκευή μιας σειράς από μικρούς θαλάμους, και προώθησε τη συσκευή στον Έρνεστ Λόρενς.
Η συσκευή του Γκλέιζερ ήταν ένας μικρός γυάλινος κύλινδρος, διαστάσεων 1 εκ.x 2 εκ., που ήταν πληρωμένος με αιθέρα. Με ταχεία πτώση της πίεσης στο εσωτερικό της συσκευής, το υγρό μεταβαίνει σε μία προσωρινή υπέρθερμη κατάσταση, και βράζει κατά μήκος της τροχιάς ενός διερχόμενου σωματιδίου. Ο Γκλέιζερ μπορούσε να διατηρήσει την κατάσταση υπερθέρμανσης για λίγα δευτερόλεπτα μόνο προτού αρχίσει ο αυθόρμητος βρασμός. Η ομάδα του Άλβαρεζ κατασκεύασε θαλάμους διαμέτρων 1,5 ίντσών, 2,5, 4, 10 και 15 ιντσών, μεταλλικούς με γυάλινα παράθυρα, και χρησιμοποίησε υγρό υδρογόνο για να φωτογραφίσει τις τροχιές. 
Στο πλαίσιο αυτού του προγράμματος κατασκευάστηκε ένας θάλαμος φυσαλίδων υγρού υδρογόνου μήκους 2 μ., απασχολήθηκαν δεκάδες φυσικοί και μεταπτυχιακοί φοιτητές μαζί με εκατοντάδες μηχανικούς και τεχνικούς, λήφθηκαν εκατομμύρια φωτογραφίες από αλληλεπιδράσεις σωματιδίων, αναπτύχθηκαν συστήματα πληροφορικής για τη μέτρηση και την ανάλυση των αλληλεπιδράσεων, και ανακαλύφθηκαν οικογένειες νέων σωματιδίων και καταστάσεων συντονισμού. Γι'αυτό το έργο ο Λούις τιμήθηκε με βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1968. «Για την αποφασιστική συμβολή του στη φυσική των στοιχειακών σωματιδίων, ιδιαίτερα στην ανακάλυψη ενός μεγάλου αριθμού από καταστάσεις συντονισμού, που κατέστη δυνατή με την ανάπτυξη της τεχνικής που περιλαμβάνει χρήση θαλάμων φυσαλίδων υδρογόνου και ανάλυση των δεδομένων.»

Επιστημονικός ερευνητής

Το 1964 ο Λούις πρότεινε αυτό που έγινε γνωστό ως Πείραμα Φυσικής Σωματιδίων Υψηλού Υψόμετρου (HAPPE), που αρχικά περιλάμβανε έναν μεγάλο υπεραγώγιμο μαγνήτη που θα μεταφερόταν σε μεγάλο υψόμετρο με ένα μπαλόνι για να μελετήσει τις αλληλεπιδράσεις σωματιδίων υψηλής ενέργειας. Με την πάροδο του χρόνου, η εστίαση του πειράματος μετατοπίστηκε προς τη μελέτη της κοσμολογίας και του ρόλου των σωματιδίων και της ακτινοβολίας στο πρώιμο σύμπαν. Το έργο ήταν μεγαλεπήβολο, περιλάμβανε ανύψωση των ανιχνευτών με μπαλόνια μεγάλου υψομέτρου και αναγνωριστικά αεροσκάφη μεγάλου υψομέτρου Lockheed U-2, και συνεχίστηκε με τα πειραμάτα του δορυφόρου COBE για την κοσμική ακτινοβολία (που οδήγησε στην απονομή Βραβείου Νόμπελ, από κοινού στους Τζορτζ Σμουτ και Τζον Μάδερ, το 2006.)
Το 1965 ο Λούις πρότεινε να αναζητήσουν ανεξερεύνητους θαλάμους στις Αιγυπτιακές πυραμίδες με τομογραφία μιονίων. Το σχέδιό του περιλάμβανε εγκατάσταση θαλάμων σπινθήρων σε μία αίθουσα κάτω από τη δεύτερη πυραμίδα του Χεφρήν. Μετρώντας το ρυθμό καταμέτρησης των κοσμικών ακτίνων σε διαφορετικές κατευθύνσεις, ο ανιχνευτής του θαλάμου θα αποκάλυπτε την ύπαρξη οποιουδήποτε κενού στη δομή του υπερκείμενου πετρώματος. 
Ο Λούις συγκέντρωσε μια ομάδα φυσικών και αρχαιολόγων από τις Ηνωμένες Πολιτείες και την Αίγυπτο, η διάταξη μετρήσεων κατασκευάστηκε και ξεκίνησε το πείραμα, αλλά το 1697 διακόπηκε λόγω του Πολέμου των Έξι Ημερών. Το έργο συνεχίστηκε μετά τον πόλεμο, με καταγραφή και ανάλυση των διεισδυτικών κοσμικών ακτίνων, μέχρι το 1969 που ο Λούις ανέφερε στην Αμερικανική Φυσική Εταιρεία ότι δεν βρέθηκαν ανεξερεύνητοι θάλαμοι στο 19% της πυραμίδας που ερευνήθηκε.
Τον Νοέμβριο του 1966 το περιοδικό Life δημοσίευσε μια σειρά φωτογραφιών από το ερασιτεχνικό φιλμ που βιντεοσκόπησε ο Αβραάμ Ζαπρούντερ και έδειχνε τη δολοφονία του Κένεντι. Ο Άλβαρεζ, ως ειδικός στον τομέα της οπτικής και της φωτοανάλυσης, εξέτασε τις εικόνες από περιέργεια. Το ενδιαφέρον του εστιάστηκε στην τροχιά της βολής, στο ακριβές χρονοδιάγραμμα των πυροβολισμών και το κρουστικό κύμα που διατάραξε την κάμερα, και στην ταχύτητα της κάμερας, επισημαίνοντας ένα σύνολο από γεγονότα που ίσως παρέβλεψαν ή παρεξήγησαν οι αναλυτές φωτογραφιών του FBI. Προέκυψε μία διατριβή με εκπαιδευτική αξία, που απευθύνεται σε έναν φυσικό που χρειάζεται ανεπίσημες συμβουλές για να ανακαλύψει την αλήθεια.

Η εξαφάνιση των δεινοσαύρων

Το 1980 ο Λούις και ο γιος του, ο γεωλόγος Γουόλτερ Άλβαρεζ, μαζί με τους πυρηνικούς χημικούς Φρανκ Ασάρο και Έλεν Μισέλ, «αποκάλυψαν ένα ολέθριο συμβάν που κυριολεκτικά ταρακούνησε τη Γη και αποτελεί μια από τις μεγάλες ανακαλύψεις για την ιστορία της Γης».
Κατά τη δεκαετία του 1970, ο Γουόλτερ Άλβαρεζ διεξήγαγε γεωλογικές έρευνες στην κεντρική Ιταλία. Εκεί είχε εντοπίσει μια επιφανειακή ένδειξη, ότι στους τοίχους ενός φαραγγιού, στα ασβεστολιθικά στρώματα περιλαμβάνονταν στρώματα υπερκείμενα και υποκείμενα (μεταγενέστερα και προγενέστερα αντίστοιχα) του συνόρου Κρητιδικής-Παλαιογενούς περιόδου. Το σύνορο ήταν ένα λεπτό στρώμα άργιλου. Ο Γουόλτερ είπε στον πατέρα του ότι το σύνορο Κ-Π σηματοδοτούσε την περίοδο που εξαφανίστηκαν οι δεινόσαυροι, και η παρουσία του άργιλου παρέμενε ανεξήγητη - ήταν ένα μεγάλο μυστήριο και σκόπευε να το λύσει.
Ο Άλβαρεζ είχε πρόσβαση στο τμήμα πυρηνικής χημείας του εργαστηρίου του Λόρενς στο Μπέρκλεϊ και κατάφερε να συνεργαστεί με τους Φρανκ Ασάρο και Έλεν Μισέλ, οι οποίοι χρησιμοποίησαν την τεχνική ανάλυσης ενεργοποίησης νετρονίων. Το 1980 η ομάδα των 4 δημοσίευσε μια τεκμηριωμένη μελέτη που υποστήριζε ότι τα αιτία για την εξαφάνιση ήταν εξωγήινα. Στα χρόνια που ακολούθησαν τη δημοσίευση, ο άργιλος βρέθηκε ότι περιέχει επίσης αιθάλη, υαλώδη σφαιρίδια, διαταραγμένους κρυστάλλους χαλαζία, μικροσκοπικά διαμάντια, και σπάνια ορυκτά που σχηματίζονται μόνο υπό συνθήκες μεγάλης θερμοκρασίας και πίεσης.
Η δημοσίευση της μελέτης του 1980 έφερε επικρίσεις από τη γεωλογική κοινότητα, και ακολούθησε μια συχνά επίπονη επιστημονική συζήτηση. Δέκα χρόνια αργότερα, και μετά το θάνατο του Λούις, βρέθηκαν ενδείξεις ενός μεγάλου κρατήρα πρόσκρουσης, που ονομάστηκε Τσικσουλούμπ, κοντά στην ακτή του Μεξικού, που παρείχε στοιχεία που υποστηρίζουν τη θεωρία. Άλλοι ερευνητές αργότερα συμπέραναν ότι το συμβάν που εξαφάνισε τους δεινοσαύρους στα τέλη της Κρητιδικής περιόδου ίσως ήταν σύντομο, ίσως διήρκεσε για χιλιάδες μόνο χρόνια αντί για εκατομμύρια, όπως είχε υποτεθεί παλαιότερα. Παράλληλα εξετάστηκαν θεωρίες για εναλλακτικές αιτίες εξαφάνισης, όπως η αυξημένη ηφαιστειότητα, ιδιαίτερα οι μαζικές εκρήξεις στις Παγίδες του Ντέκκαν που σημειώθηκαν κατά την ίδια χρονική περίοδο, και η κλιματική αλλαγή, σύμφωνα και με το αρχείο των απολιθωμάτων. Ωστόσο, την 4η Μαρτίου 2010 μια ομάδα 41 επιστημόνων συμφώνησε ότι η πρόσκρουση του αστεροειδούς Τσικσουλούμπ πυροδότησε τη μαζική εξαφάνιση.

Αεροπορία

Στην αυτοβιογραφία του, ο Λούις έγραψε: «Η εντύπωσή μου είναι ότι είχα διπλή σταδιοδρομία, στην επιστήμη και στην αεροπλοΐα. Ήταν σχεδόν εξίσου ικανοποιητικές.» Ένας σημαντικός συντελεστής σε αυτό ήταν η ευχαρίστηση της πτήσης. Έμαθε να πιλοτάρει το 1933, και αργότερα ειδικεύτηκε σε πτήσεις δι'οργάνων και πολλαπλών μηχανών. Κατά τα επόμενα 50 χρόνια συγκέντρωσε πάνω από 1000 ώρες χρόνου πτήσης, εκ των οποίων τις περισσότερες ως κυβερνήτης του αεροσκάφους. Έγραψε: «Ελάχιστες δραστηριότητες αποδείχθηκαν τόσο ικανοποιητικές όσο το να είμαι ο κυβερνήτης και υπεύθυνος για την ασφάλεια των επιβατών μου».
Ο Λούις πολλάκις συνείσφερε επαγγελματικά στην αεροπορία. Στο Β' Παγκόσμιο Πόλεμο ανέλαβε την ανάπτυξη πολλαπλών τεχνολογιών για τις αερομεταφορές. Όπως η Επίγεια Ελεγχόμενη Προσέγγισης (GCA) για την οποία του απονεμήθηκε το Βραβείο Κολιερ το 1945. Κατείχε, επίσης, το βασικό δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για τον αναμεταδότη ραντάρ, για τον οποίο παραχώρησε δικαιώματα στην αμερικανική κυβέρνηση για $1.
O Λούις συμμετείχε σε πολλές επίσημες συμβουλευτικές επιτροπές που σχετίζονταν με την πολιτική και την στρατιωτική αεροπορία. Όπως σε μια ομάδα εργασίας της Ομοσπονδιακής Διοίκησης Αεροπορίας για το μέλλον στα συστήματα αεροναυτιλίας και ελέγχου της εναέριας κυκλοφορίας, στην Ομάδα Στρατιωτικών Αεροσκαφών της Επιστημονικής Συμβουλευτικής Επιτροπής του Προέδρου, και μια επιτροπή που αναζητά τρόπους για να συμβάλει η επιστημονική κοινότητα στην κατάρτιση για τα πλεονεκτήματα του μη πυρηνικού πολέμου.
Ο Λούις ως αεροπόρος είχε πολλές περιπέτειες. Για παράδειγμα, τον καιρό που εργαζόταν στο GCA έγινε ο πρώτος πολίτης που πέταξε σε χαμηλό υψόμετρο με περιορισμένη ορατότητα. Πέταξε σε πολλά στρατιωτικά αεροσκάφη ως συγκυβερνήτης, με συμπεριλαμβανόμενα ενα B-29 Superfortress και ένα Lockheed F-104 Starfighter. Επίσης, στο Β' Παγκόσμιο Πόλεμο επέζησε τη συντριβή ενός μονοπλάνου Miles Master, στο οποίο επέβαινε.

Θάνατος

Ο Λούις Άλβαρεζ πέθανε την 1η Σεπτεμβρίου 1988, λόγω επιπλοκών μετά από μια σειρά διαδοχικών επεμβάσεων για καρκίνο του οισοφάγου. Η σωρός του αποτεφρώθηκε και οι στάχτες του σκορπίστηκαν στον κόλπο του Μοντερέι. Οι σημειώσεις του φυλάσσονται στη Βιβλιοθήκη Μπάνκροφτ στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, στο Μπέρκλεϊ.