Frederick Reines hat nicht nur ein Teilchen gefunden. Er bewies die Existenz eines solchen, als der Rest der wissenschaftlichen Welt noch darüber debattierte, ob man ihn überhaupt sehen könne. Reines wurde 1918 in Paterson, New Jersey, geboren und verbrachte sein Leben damit, Geister im atomaren Unterbau zu jagen. Seine Belohnung? Der Nobelpreis für Physik 1995. Er teilte sich die Ehre mit Martin Lewis Perl, der das Tau-Lepton entdeckte, aber Reines‘ Preis ging an etwas weitaus Schlüssigeres: das Neutrino.
Dieses winzige Lepton hat fast keine Masse. Keine Gebühr. Es durchdringt Materie wie Licht durch Glas. Um es zu finden, brauchte es mehr als nur gute Instrumente. Es erforderte eine bestimmte Art von Sturheit.
Von Bombentests bis zur Partikeljagd
Reines‘ Weg zur Entdeckung verlief nicht linear. Er studierte am Stevens Institute of Technology und der New York University und erwarb seinen Ph.D. im Jahr 1944. Dann kam der Krieg. Er trat dem Los Alamos National Laboratory bei, wo er bis 1959 an Atomwaffen arbeitete. 1951 beaufsichtigte er sogar Experimente für Atomwaffentests auf den Marshallinseln.
Für einen Teilchenphysiker klingt das nach einem seltsamen Umweg. Aber um die Kraft des Atoms zu verstehen, musste man seine kleinsten Teile verstehen. Reines baute nicht nur Bomben. Er lernte, das Unmessbare zu messen.
Der Geist, der nicht verborgen bleiben wollte
Das Neutrino war keine neue Idee. Wolfgang Pauli schlug es in den 1930er Jahren vor, um die fehlende Energie beim radioaktiven Zerfall zu erklären. Enrico Fermi benannte es später. Aber es erkennen? Das war eine andere Geschichte. Das Teilchen wechselwirkt so schwach mit Materie, dass es normalerweise spurlos durch Detektoren schlüpft.
Reines und sein Kollege Clyde L. Cowan Jr. beschlossen, mit dem Raten aufzuhören. Sie wollten Beweise.
Sie begannen bei den Hanford Engineer Works in Washington. Dann zogen sie in die Labore von Savannah River in South Carolina. Ihr Aufbau war einfach im Konzept, brutal in der Umsetzung. Sie stellten einen riesigen Tank mit mit Cadmiumchlorid vermischtem Wasser neben einen Kernreaktor. Warum ein Reaktor? Denn Reaktoren stoßen Billionen Neutrinos aus.
Der doppelte Blitz
Das Experiment beruhte auf einem seltenen Ereignis. Ein Neutrino würde mit einem Proton im Wasser kollidieren. Diese Kollision hat zwei Dinge gleichzeitig bewirkt.
Zunächst wurden ein Positron und ein Neutron erzeugt. Das Positron bewegte sich schnell durch das Wasser, wurde langsamer und kollidierte dann mit einem Elektron. Bei dieser Kollision wurden beide Teilchen zerstört und Photonen freigesetzt. Diese Blitze wurden von Szintillationsdetektoren erfasst.
Mikrosekunden später verlangsamte sich das Neutron und wurde von einem Cadmiumkern absorbiert. Diese zweite Wechselwirkung setzte einen eigenen Satz Photonen frei.
Hier ist der Schlüssel. Man konnte den ersten Blitz sehen. Dann, einen Sekundenbruchteil später, sahen Sie die Sekunde.
Die getrennten Aufnahmen der beiden Einschläge lieferten somit den Beweis für die Existenz des Neutrinos.
Dieses zweite Signal war der entscheidende Beweis. Es bestätigte, dass es sich bei der Interaktion nicht um Hintergrundgeräusche handelte. Es war echt. Das Neutrino war da.
Ein neues Fenster zum Universum
Reines blieb nicht bei einem erfolgreichen Experiment stehen. Er erkannte, dass der Nachweis von Neutrinos eine neue Sichtweise auf den Kosmos eröffnen könnte. Wenn Neutrinos ungehindert Sterne und Planeten passieren könnten, könnten sie Informationen von den heftigsten Ereignissen im Universum direkt zur Erde transportieren.
1959 wechselte er an das Case Institute of Technology und dann an die University of California in Irvine, wo er bis zu seiner Pensionierung im Jahr 1988 lehrte. Er leistete Pionierarbeit in der Neutrino-Astronomie und baute Detektoren tief unter der Erde, um sie vor kosmischer Strahlung zu schützen.
Pauli und Fermi stellten sich das Neutrino vor. Reines und Cowan haben es wahr gemacht.
Das Neutrino ist immer noch schwer zu fangen. Es ist immer noch fast unsichtbar.
