Frederic Reines neobjevil pouze částici. Jeho existenci prokázal, když se celý vědecký svět ještě dohadoval, zda je vůbec vidět. Reines se narodil v Patersonu v New Jersey v roce 1918 a svůj život zasvětil pronásledování duchů v atomové substruktuře. Jeho odměna? Nobelovu cenu za fyziku 1995. O tu čest se podělil s Martinem Lewisem Pearlem, který objevil tau lepton, ale Reinesova cena byla za něco mnohem kluzkého: neutrino.
Tato malá leptonická částice má téměř nulovou hmotnost. Nulové nabití. Prochází hmotou stejně jako světlo sklem. Jeho nalezení vyžadovalo víc než jen dobré vybavení. Chtělo to zvláštní odolnost.
Od testování bomb po lov částic
Reinesova cesta k objevu nebyla lineární. Studoval na Stevens Institute of Technology a New York University, kde získal titul Ph.D. v roce 1944. Pak začala válka. Nastoupil do Los Alamos National Laboratory, kde pracoval na jaderných zbraních až do roku 1959. V roce 1951 dokonce vedl experimenty na testování jaderných zbraní na Marshallových ostrovech.
Pro jaderného fyzika to zní jako zvláštní oklika. Ale abychom pochopili sílu atomu, museli jsme porozumět jeho nejmenším složkám. Reines nevytvářel jen bomby. Naučil se měřit neměřitelné.
Duch, který nechtěl zůstat skrytý
Neutrina nebyla nová myšlenka. Wolfgang Pauli to navrhl ve 30. letech 20. století, aby vysvětlil chybějící energii v radioaktivním rozpadu. Enrico Fermi mu později dal jméno. Ale objevit to? To byl jiný příběh. Částice interaguje s hmotou tak slabě, že obvykle proklouzne detektory beze stopy.
Reines a jeho kolega Clyde L. Cowan Jr. se rozhodli přestat hádat. Potřebovali důkaz.
Nejprve začali experimentovat v Hanford Engineer Works ve státě Washington. Poté se přesunuli do laboratoří na řece Savannah v Jižní Karolíně. Jejich instalace byla jednoduchá v konceptu, ale složitá v provedení. Vedle jaderného reaktoru umístili obrovskou nádrž s vodou smíchanou s chloridem kademnatým. Proč reaktor? Protože reaktory emitují neutrina v bilionech.
Dvojitý blesk
Experiment se opíral o vzácnou událost. Neutrino se ve vodě sráží s protonem. K této kolizi došlo současně ve dvou aspektech.
Nejprve vytvořil pozitron a neutron. Pozitron rychle prošel vodou, zpomalil se a poté se srazil s elektronem. Tato srážka zničila obě částice a uvolnila fotony. Tyto záblesky byly zaznamenány scintilačními detektory.
Po mikrosekundách se neutron zpomalil a byl pohlcen jádrem kadmia. Tato druhá interakce uvolnila vlastní sadu fotonů.
To je klíč. Viděl jsi první záblesk. Pak, o zlomek vteřiny později, jsi viděl druhého.
Samostatná registrace dvou dopadů tedy poskytla důkaz o existenci neutrin.
Tento druhý signál se stal nevyvratitelným důkazem. Potvrdil, že interakce nebyla hlukem na pozadí. Bylo to skutečné. Neutrino tam bylo.
Nové okno do vesmíru
Reines neskončil u jednoho úspěšného experimentu. Uvědomil si, že detekce neutrin by mohla otevřít nový způsob zkoumání vesmíru. Pokud mohou neutrina procházet hvězdami a planetami, aniž by jimi byla blokována, mohou přenášet informace z nejnásilnějších událostí ve vesmíru přímo na Zemi.
V roce 1959 se přestěhoval na Case Institute of Technology a poté na Kalifornskou univerzitu v Irvine, kde učil až do svého odchodu do důchodu v roce 1988. Pomohl položit základy neutrinové astronomie tím, že hluboko pod zemí postavil detektory, které je chránily před kosmickým zářením.
Pauli a Fermi představili neutrina. Reines a Cowan z toho udělali realitu.
Neutrina zůstávají obtížně zachytitelná. Stále je téměř neviditelný.
