Frederic Reines nie tylko odkrył cząstkę. Udowodnił jego istnienie, podczas gdy cały świat naukowy wciąż spierał się, czy w ogóle można go zobaczyć. Urodzony w Paterson w stanie New Jersey w 1918 roku Reines poświęcił swoje życie ściganiu duchów w podstrukturze atomowej. Jego nagroda? Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki w 1995 r. Podzielił ten zaszczyt z Martinem Lewisem Pearlem, który odkrył lepton tau, ale nagroda Reinesa została przyznana za coś znacznie bardziej śliskiego: neutrino.
Ta maleńka cząstka leptonowa ma masę prawie zerową. Zerowe obciążenie. Przechodzi przez materię w ten sam sposób, w jaki światło przechodzi przez szkło. Znalezienie go wymagało czegoś więcej niż tylko dobrego sprzętu. Wymagało to szczególnej odporności.
Od testowania bomb po polowanie na cząstki
Droga Reinesa do odkryć nie była liniowa. Studiował w Stevens Institute of Technology i New York University, uzyskując stopień doktora. w 1944 r. Potem zaczęła się wojna. Dołączył do Los Alamos National Laboratory, gdzie do 1959 r. pracował nad bronią nuklearną. W 1951 r. prowadził nawet eksperymenty mające na celu testowanie broni nuklearnej na Wyspach Marshalla.
Dla fizyka jądrowego brzmi to jak dziwny objazd. Aby jednak zrozumieć potęgę atomu, trzeba poznać jego najmniejsze składniki. Reines nie tylko stworzył bomby. Nauczył się mierzyć to, co niezmierzone.
Duch, który nie chciał pozostać w ukryciu
Neutrina nie były nowym pomysłem. Wolfgang Pauli zaproponował to w latach trzydziestych XX wieku, aby wyjaśnić brakującą energię w rozpadzie radioaktywnym. Enrico Fermi nadał mu później nazwę. Ale żeby to odkryć? To była inna historia. Cząstka tak słabo oddziałuje z materią, że zwykle prześlizguje się przez detektory bez śladu.
Reines i jego kolega Clyde L. Cowan Jr. postanowili przestać zgadywać. Potrzebowali dowodu.
Najpierw rozpoczęli eksperymenty w Hanford Engineer Works w stanie Waszyngton. Następnie przenieśli się do laboratoriów nad rzeką Savannah w Południowej Karolinie. Ich instalacja była prosta w koncepcji, ale skomplikowana w wykonaniu. Umieścili ogromny zbiornik wody zmieszanej z chlorkiem kadmu obok reaktora jądrowego. Dlaczego reaktor? Ponieważ reaktory emitują biliony neutrin.
Podwójny błysk
Eksperyment opierał się na rzadkim zdarzeniu. Neutrino zderza się z protonem w wodzie. Zderzenie to nastąpiło jednocześnie w dwóch aspektach.
Najpierw stworzył pozyton i neutron. Pozyton szybko przeszedł przez wodę, zwolnił, a następnie zderzył się z elektronem. Zderzenie to zniszczyło obie cząstki, uwalniając fotony. Błyski te rejestrowano za pomocą detektorów scyntylacyjnych.
Po mikrosekundach neutron zwolnił i został wchłonięty przez jądro kadmu. Ta druga interakcja uwolniła własny zestaw fotonów.
To jest klucz. Widziałeś pierwszy błysk. Ułamek sekundy później zobaczyłeś drugiego.
Odrębna rejestracja dwóch uderzeń dostarczyła zatem dowodu na istnienie neutrin.
Ten drugi sygnał stał się niepodważalnym dowodem. Potwierdził, że interakcja nie była hałasem tła. To było prawdziwe. Neutrino tam było.
Nowe okno na Wszechświat
Reines nie poprzestał na jednym udanym eksperymencie. Uświadomił sobie, że wykrycie neutrin może otworzyć nowy sposób badania kosmosu. Jeśli neutrina mogą przechodzić przez gwiazdy i planety bez blokowania ich, mogą przenosić informacje z najbardziej gwałtownych wydarzeń we Wszechświecie bezpośrednio na Ziemię.
W 1959 r. przeniósł się do Case Institute of Technology, a następnie na Uniwersytet Kalifornijski w Irvine, gdzie wykładał aż do przejścia na emeryturę w 1988 r. Pomógł stworzyć podstawy astronomii neutrin, budując detektory głęboko pod ziemią, aby chronić je przed promieniowaniem kosmicznym.
Pauli i Fermi wprowadzili neutrina. Reines i Cowan sprawili, że stało się to rzeczywistością.
Neutrina nadal są trudne do wyłapania. Nadal jest prawie niewidoczny.
