Ernest Orlando Lawrence (Canton, Dakota del Sur, 8 de agosto de 1901-Palo Alto, California, 27 de agosto de 1958) fue un químico nuclear estadounidense conocido sobre todo por la invención, utilización y mejora del ciclotrón, y por su trabajo posterior en la separación isotópica del uranio durante el Proyecto Manhattan. Fundó dos laboratorios de investigación nuclear: Berkeley y Livermore. En 1939 recibió el Premio Nobel de Física por sus investigaciones.
Graduado de las universidades de Dakota del Sur y Minnesota, obtuvo un doctorado en física en Yale en 1925. En 1928 fue contratado como profesor asociado de física en la Universidad de California, y dos años más tarde se convirtió en el profesor titular más joven. Una tarde en su biblioteca estaba intrigado por el diagrama de un acelerador que producía partículas de alta energía. Meditaba cómo podría hacerlo más compacto y tuvo la idea de construir una cámara de aceleración circular entre los polos de un electroimán. El resultado fue el primer ciclotrón.
En los siguientes años construyó una serie de ciclotrones cada vez más grandes y costosos. Su Laboratorio de Radiación (Radiation Laboratory) se convirtió en un laboratorio oficial de la Universidad de California en 1936, con Lawrence como director. Apoyó el uso del ciclotrón tanto en investigaciones de física como de radioisótopos para uso médico. Durante la Segunda Guerra Mundial desarrolló la separación isotópica electromagnética en el Laboratorio de Radiación. Utilizó un dispositivo conocido como calutrón, un híbrido entre un espectrómetro de masas estándar y el ciclotrón. Se construyó una enorme planta de separación electromagnética en Oak Ridge, que llegó a ser conocida como «Y-12». El proceso era ineficiente, pero funcionaba.
Después de la guerra, participó en la campaña por el patrocinio gubernamental de importantes programas científicos, y fue defensor de la «gran ciencia» (Big Science), que requiere maquinaria de gran tamaño e inversión cuantiosa. Respaldó firmemente la campaña de Edward Teller para un segundo laboratorio de armas nucleares, que Lawrence emplazó en Livermore. Después de su muerte, los Regentes de la Universidad de California renombraron el Laboratorio de Radiación de la Universidad de California en Livermore y el Laboratorio de Radiación de la Universidad de California en Berkeley y como Laboratorio Nacional Lawrence Livermore y Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, respectivamente, como homenaje al científico. El elemento químico número 103 recibe el nombre de lawrencio en su honor.
Nació en Canton (Dakota del Sur), el 8 de agosto de 1901. Sus padres, Carl Gustavus y Gunda (de soltera, Jacobson) Lawrence, eran descendientes de inmigrantes noruegos. Ambos se conocieron mientras trabajaban en una escuela secundaria de Canton, donde Carl fungía como superintendente escolar. Tuvo un hermano menor, el médico John H. Lawrence, pionero en el campo de la medicina nuclear. Al crecer, Ernest fue amigo de Merle Antony Tuve, quien también se convertiría en un destacado físico nuclear. Asistió a las escuelas públicas de Canton y Pierre; luego se matriculó en St. Olaf College en Northfield (Minnesota), pero fue transferido un año después a la Universidad de Dakota del Sur en Vermillion. Terminó su licenciatura en química en 1922 y la maestría en física de la Universidad de Minnesota en 1923, bajo la supervisión del físico William Francis Gray Swann. Para su tesis de maestría, construyó un aparato experimental que giraba en elipsoide y en diferentes niveles de inducción magnética.
Por recomendación de Swann, continuó su formación académica en la Universidad de Chicago y luego en la de Yale, en New Haven, donde completó su doctorado en física en 1925 con una beca Sloane. Su tesis doctoral trataba sobre el efecto fotoeléctrico del vapor de potasio. Fue elegido miembro de Sigma Xi y, por recomendación de Swann, recibió una beca del Consejo Nacional de Investigación de los Estados Unidos. En lugar de emplearla en un viaje a Europa, como era costumbre de la época, decidió quedarse en Yale como investigador junto a Swann. Con la asistencia de Jesse Wakefield Beams (de la Universidad de Virginia), Lawrence continuó investigando el efecto fotoeléctrico. Demostraron que los fotoelectrones aparecían 2 × 10-9 s después de la colisión de los fotones contra la superficie fotoeléctrica —cerca del momento límite de la medición—. La reducción del tiempo de emisión por una interrupción de la fuente de luz (con un encendido y apagado rápido) hizo que el espectro de energía emitida fuera más amplio, en conformidad con el principio de incertidumbre de Werner Heisenberg.
En 1926 y 1927, recibió ofertas de asistente de profesor en la Universidad de Washington en Seattle y en la Universidad de California con un sueldo de 3500 $ anuales. Yale rápidamente presentó otra oferta de asistente de profesor, pero con un salario de 3000 $. Lawrence decidió quedarse en esta última. Según Childs, este nombramiento molestó a algunos de sus compañeros en la facultad ya que él no se había desempeñado anteriormente como profesor auxiliar, y en opinión de muchos esto era para compensar su origen inmigrante de Dakota del Sur.
Fue contratado como profesor asociado de física en la Universidad de California en 1928 y dos años más tarde firmó un contrato de tiempo completo, convirtiéndose en el miembro más joven del cuerpo docente. Robert Gordon Sproul, nombrado presidente de la universidad un día después de que Lawrence empezara a trabajar de profesor titular, era miembro del Bohemian Club y patrocinó la membresía de Lawrence en 1932. A través de este club, conoció a William Henry Crocker, Edwin Pauley y John Francis Neylan, hombres muy influyentes que le ayudaron a obtener fondos para sus investigaciones nucleares sobre partículas energéticas. Hubo grandes esperanzas para los usos médicos que llegarían por el desarrollo de la física de partículas, y esto atrajo gran parte de los primeros fondos que Lawrence fue capaz de obtener para sus investigaciones.
En 1926, mientras estaba en Yale, conoció a Mary Kimberly «Molly» Blumer, la mayor de las cuatro hijas de George Blumer, el decano de la Escuela de Medicina Yale. Se comprometieron en 1931 y contrajeron matrimonio el 14 de mayo de 1932 en la parroquia episcopal Trinity Church on the Green, en New Haven. Tuvieron seis hijos: Eric, Margaret, Mary, Robert, Barbara y Susan. A uno de sus hijos le puso el nombre de su mejor amigo en Berkeley, el físico teórico J. Robert Oppenheimer. En 1941, Elsie (hermana de Molly) se casó con Edwin Mattison McMillan, quien llegaría a ganar el Premio Nobel de Química en 1951. Unos años antes, en 1933, McMillan había aceptado una oferta de Lawrence para unirse al Laboratorio de Radiación. Junto a M. Stanley Livingston descubrió el 15O —un isótopo de oxígeno que emite positrones— e investigó la absorción de rayos gamma producidos por el bombardeo de flúor con protones.
Su invento empezó como un boceto en un trozo de una servilleta de papel. En 1929, mientras estaba en la biblioteca, echó un vistazo a un artículo de revista escrito por el físico noruego Rolf Widerøe, y se sintió intrigado por uno de los diagramas. En este se representaba un dispositivo con una serie de electrodos de distinta longitud y que producía partículas de alta energía por medio de una sucesión de pequeñas «pulsaciones». En esos años, los físicos comenzaban a explorar el núcleo atómico. En 1919, el físico neozelandés Ernest Rutherford había bombardeado átomos de nitrógeno con partículas alfa y logrado extraer protones de algunos de sus núcleos. No sabían que los núcleos tienen una carga positiva que repele otros núcleos con la misma carga eléctrica y están unidos firmemente por una fuerza que apenas empezaban a entender. Para separarlos o desintegrarlos, se requeriría de energías más altas, del orden de millones de voltios.
Comprendió que un acelerador de partículas sería demasiado grande y difícil de manipular para su laboratorio universitario. Buscando una manera de construir uno más compacto, decidió crear una cámara de aceleración circular entre los polos de un electroimán. El campo magnético mantendría los protones cargados en una trayectoria en espiral a medida que aceleran entre dos electrodos semicirculares conectados a un potencial alterno. Después de aproximadamente un centenar de vueltas, los protones podrían impactar en un objetivo, como un haz de partículas de alta energía. Según Heilbron y Seidel, Lawrence dijo entusiasmado a sus colegas que había descubierto un método para obtener partículas de alta energía, sin necesidad de usar un voltaje más alto. Inicialmente lo trabajó con Niels Edlefsen, un estudiante de doctorado. Su primer ciclotrón estaba hecho de latón, alambre y cera de lacre, y con solo 10 cm (4 in) de diámetro, literalmente, podía sujetarse con una mano y con un costo total de 25 $.