Frederick Reines non ha trovato solo una particella. Ne dimostrò l’esistenza quando il resto del mondo scientifico stava ancora discutendo se potesse essere visto. Nato a Paterson, nel New Jersey, nel 1918, Reines trascorse la vita a inseguire i fantasmi nella sottostruttura atomica. La sua ricompensa? Premio Nobel per la fisica nel 1995. Ha condiviso l’onore con Martin Lewis Perl, che ha scoperto il leptone tau, ma il premio di Reines era per qualcosa di molto più sfuggente: il neutrino.
Questo minuscolo leptone non ha quasi massa. Nessun addebito. Passa attraverso la materia come la luce attraverso il vetro. Trovarlo richiedeva qualcosa di più che semplici strumenti validi. Ci è voluto un tipo specifico di testardaggine.
Dai test esplosivi alla caccia alle particelle
Il percorso verso la scoperta di Reines non è stato lineare. Ha studiato allo Stevens Institute of Technology e alla New York University, conseguendo il dottorato di ricerca. nel 1944. Poi arrivò la guerra. Si unì al Los Alamos National Laboratory, dove lavorò sulle armi nucleari fino al 1959. Nel 1951, supervisionò anche gli esperimenti per i test sulle armi nucleari nelle Isole Marshall.
Sembra una strana deviazione per un fisico delle particelle. Ma comprendere il potere dell’atomo richiedeva la comprensione delle sue parti più piccole. Reines non si limitava a costruire bombe. Stava imparando a misurare l’incommensurabile.
Il fantasma che non resta nascosto
Il neutrino non era un’idea nuova. Wolfgang Pauli lo propose negli anni ’30 per spiegare l’energia mancante nel decadimento radioattivo. Enrico Fermi lo chiamò poi. Ma rilevarlo? Quella era un’altra storia. La particella interagisce così debolmente con la materia che di solito passa attraverso i rilevatori senza lasciare traccia.
Reines e il suo collega Clyde L. Cowan Jr. hanno deciso di smettere di indovinare. Volevano delle prove.
Hanno iniziato alla Hanford Engineer Works di Washington. Poi si trasferirono nei laboratori di Savannah River nella Carolina del Sud. La loro configurazione era semplice nel concetto, brutale nell’esecuzione. Hanno posizionato un enorme serbatoio di acqua mescolata con cloruro di cadmio accanto a un reattore nucleare. Perché un reattore? Perché i reattori emettono trilioni di neutrini.
Il doppio flash
L’esperimento si basava su un evento raro. Un neutrino si scontrerebbe con un protone nell’acqua. Questa collisione ha fatto due cose contemporaneamente.
Innanzitutto, ha creato un positrone e un neutrone. Il positrone si mosse rapidamente nell’acqua, rallentò e poi entrò in collisione con un elettrone. Quella collisione ha distrutto entrambe le particelle, rilasciando fotoni. Questi lampi sono stati catturati da rilevatori a scintillazione.
Microsecondi dopo, il neutrone rallentò e fu assorbito da un nucleo di cadmio. Questa seconda interazione ha rilasciato il proprio set di fotoni.
Ecco la chiave. Potresti vedere il primo lampo. Poi, una frazione di secondo dopo, hai visto il secondo.
Le registrazioni separate dei due impatti, quindi, hanno dato la prova dell’esistenza del neutrino.
Quel secondo segnale era la pistola fumante. Ha confermato che l’interazione non era un rumore di fondo. Era reale. Il neutrino era lì.
Una nuova finestra sull’universo
Reines non si è fermato a un esperimento riuscito. Si rese conto che la rilevazione dei neutrini poteva aprire un nuovo modo di guardare il cosmo. Se i neutrini potessero passare attraverso stelle e pianeti senza essere bloccati, potrebbero trasportare informazioni sugli eventi più violenti dell’universo direttamente sulla Terra.
Si trasferì al Case Institute of Technology nel 1959, poi all’Università della California a Irvine, dove insegnò fino al 1988, anno in cui andò in pensione. Contribuì a fare da pioniere nell’astronomia dei neutrini, costruendo rilevatori nelle profondità sotterranee per proteggerli dai raggi cosmici.
Pauli e Fermi immaginarono il neutrino. Reines e Cowan lo hanno reso reale.
Il neutrino è ancora difficile da catturare. È ancora quasi invisibile.
