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En 1934 se marchó a la Universidad de Stanford y recién en 1939 adoptó la nacionalidad estadounidense.
Bloch fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1952, por desarrollar nuevos métodos de medición precisa de efectos electromagnéticos nucleares junto a su colega, Edward Mills Purcell.
Murió a los 78 años, el 10 de septiembre de 1983, luego de haber logrado un importante avance en materia de efectos nucleares y un renombre en el mundo de la física.