Städte Im Alter von 16 Jahren trat er in die Furman University in seiner Heimatstadt ein und interessierte sich für Physik. Er erhielt zwei Abschlüsse von Furman – einen Bachelor of Arts in Modern Languages und einen Bachelor of Science in Physik. Anschließend ging er an die Duke University, wo er 1937 einen Magister in Physik erhielt. Er schrieb seine Magisterarbeit über Van-der-Graaf-Generatoren und setzte seine Studien in Französisch, Italienisch und Russisch fort. Seine Ausbildung absolvierte er am California Institute of Technology, wo er den Spin des Kohlenstoff-13-Kerns untersuchte und promovierte. in Physik im Jahr 1939.
Städte er verbrachte die nächsten acht Jahre als Forscher bei den Bell Telephone Laboratories; Während er in New York City lebte, besuchte er auch Kurse an der Julliard School of Music und genoss die kulturellen Attraktionen der Stadt. Während des Zweiten Weltkriegs arbeitete er intensiv an Radarbombardements und Systemdesign sowie an einigen der frühen Arbeiten in der Radioastronomie. Nach dem Krieg leistete er entscheidende Beiträge zur Entwicklung der hochauflösenden Spektroskopie von Gasen im Mikrowellenbereich des elektromagnetischen Spektrums. Er setzte diese Arbeit fort, als er 1948 der Fakultät der Columbia University beitrat.
Das Aufkommen des Radars im Zweiten Weltkrieg führte zur weit verbreiteten Verwendung elektronischer Geräte in der wissenschaftlichen Forschung. Der Bereich, der am meisten interessiert Städte war der Einsatz von Mikrowellen (niederfrequenter Strahlung) zur Untersuchung der Struktur der Materie. Um diese Art von Forschung effektiv durchführen zu können, wurden Oszillatoren benötigt, die sehr kurzwellige Strahlung erzeugen konnten. Aber Ende der 1940er Jahre war klar, dass es nie möglich sein würde, einen gewöhnlichen Oszillator zu bauen, der Strahlung mit einer Wellenlänge von weniger als einem Millimeter erzeugen kann.
Städte er nutzte das Phänomen der stimulierten Emission bei seinem ersten Versuch, einen für seine Zwecke geeigneten Oszillator herzustellen. Dieses Phänomen, das Physikern seit mindestens 1917 bekannt ist, als Albert Einstein seine Existenz demonstrierte, ist eines, bei dem Atome unter dem Einfluss eines angelegten elektromagnetischen Feldes Photonen emittieren.
Es war 1951, als Städte Er hatte die innovative Idee für seinen Maser und skizzierte die Pläne auf der Rückseite eines Umschlags, während er auf die Eröffnung eines Restaurants wartete. Townes argumentierte, dass zur Verstärkung sehr kurzwelliger Strahlung Maßnahmen auf molekularer Ebene erforderlich seien. Er stellte sich vor, wie eine Gruppe von Molekülen durch stimulierte Emission einen selbsterregten Oszillator erzeugen könnte, der die Signale verstärken könnte. Die Moleküle mussten sich in einem sogenannten angeregten Zustand befinden, dh sie mussten viel Energie enthalten; sie mussten auch instabil sein. Die elektromagnetischen Wellen würden die Moleküle stimulieren, indem sie ihre zusätzliche Energie mit der gleichen Frequenz und Phase wie die stimulierende elektromagnetische Energie freisetzen. Wenn die richtige Anzahl von Molekülen vorhanden wäre, würde diese Energie sehr schnell in elektromagnetische Energie umgewandelt und eine kohärente (dh phasengleiche) Verstärkung wäre möglich.
Städte nannte dieses Gerät ein „maser„- ein Akronym für Mikrowellenverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung – und baute die erste 1954 mit HJ Zeiger und James P. Gordon an der Columbia University. Dieser Maser lief mit Ammoniakgas. In Zusammenarbeit mit AL Schawlow beschrieb Townes die Bedingungen, die für den Betrieb von Masern in verschiedenen Wellenlängenbereichen erforderlich sind, nämlich im infraroten, sichtbaren und ultravioletten Teil des Spektrums. Solche Geräte wurden als optische Maser bekannt und der erste wurde 1960 von . gebaut Theodore H. Maiman.
Die Entwicklung des Maser of Städte hat sich in der modernen experimentellen Forschung als entscheidend erwiesen. Maser-Verstärker haben ein sehr hohes Signal-Rausch-Verhältnis. Sie kommen der Verstärkung eines einzelnen Strahlungsphotons sehr nahe, da sie sich der maximalen Genauigkeit nähern, die das Unschärfeprinzip bei der Messung der Phase und Energie eines gegebenen Teilchens erlaubt. Maser sind daher in Experimenten auf Quantenebene äußerst nützlich. Darüber hinaus sind sie bei der Radar- und Mikrowellenkommunikation mit großer Reichweite sowie beim Empfang und der Erkennung schwächerer Signale in der Radioastronomie nützlich.
1964 Städte wurde mit dem ausgezeichnet Nobelpreis für seine entscheidende Arbeit in der Quantenelektronik, die ihn zur Entwicklung des Masers führte. Der Preis wurde mit zwei russischen Wissenschaftlern geteilt, NG Basov und Aleksandr Prokhorov, die unabhängig voneinander etwas Ähnliches wie den Maser entwickelt hatten.
Während seiner Tätigkeit bei der Maser 1957, Städte und der Physiker Arthur L. Schawlow suchten nach Wegen, um extrem konzentrierte Lichtstrahlen zu erzeugen. Laser galten damals als rein wissenschaftliche Einsatzmöglichkeiten. Townes und Schawlow erhielten 1960 Patente für die Lasertechnologie, aber sie profitierten nie persönlich davon. Townes war Berater für Bell Telephone Laboratories und Schawlow Angestellter derselben Firma.
Von 1950 bis 1952 war er Direktor des Columbia Radiation Laboratory. Von 1952 bis 1955 war er außerdem Vorsitzender der Physikabteilung an der Columbia. 1959 wurde er als Vizepräsident und Forschungsdirektor am Institute for Defense Analysis in Washington, DC, entlassen, wo er sich vor allem mit Fragen der Landesverteidigung und der Außenpolitik beschäftigte. 1961 wurde er Professor für Physik am Massachusetts Institute of Technology. 1966 verließ er das MIT, um Universitätsprofessor für Physik an der University of California in Berkeley zu werden. 1986 zog er sich aus dieser Institution zurück, arbeitete aber bis ein Jahr vor seinem Tod weiter.
Charles Hard Townes Er starb am 27.01.2015 im Alter von 99 Jahren.