Laboratoriefysikere studerede engang videnskab, der hjemsøgte dem
Af Danny Alcazar, arkivar, National Security Research Center
Og selv om Frederick Reines (billedet nedenfor) udmærkede sig akademisk i litteratur og historie og var passioneret omkring musik og sang, så en lærer hans potentiale i videnskab.
Den lærer tilbød Reines opmuntring – og en nøgle til det videnskabelige laboratorium, så han kunne arbejde, når han havde lyst. Reines’ karakterer i naturvidenskab begyndte at blive stadigt bedre i gymnasiet, og hans svar på forespørgslen i årbogen om hans vigtigste ambition var: “At blive en ekstraordinær fysiker.”
År senere, da Reines første gang overvejede et eksperiment til påvisning af neutrinoen i 1951, var denne partikel stadig en poltergeist – hvilket betyder, at den var et flygtigt, men hjemsøgende spøgelse i den fysiske virkeligheds verden, ifølge laboratoriets rapport “The Reines-Cowan Experiments: Detecting the Poltergeist”. Neutrinos egenskaber var blevet udledt, men kun teoretisk – der var stadig nogen, der skulle påvise dens virkelighed.
Næsten 45 år senere fik Reines tildelt Nobelprisen i fysik i 1995 for at have opdaget de såkaldte spøgelsespartikler fra atomreaktioner og dermed udvidet forskernes forståelse af fysikkens grundprincipper.
Manhattan Project-æraen
Reines kom til det dengang hemmelige laboratorium i Los Alamos i 1944 for at hjælpe med at skabe verdens første atombomber. Han arbejdede under de berømte fysikere Richard Feynman og Hans Bethe.
I 1947 tænkte Reines for første gang på at forfølge beviser for neutrinoer (en subatomar partikel uden elektrisk ladning og med en meget lille masse), hvilket fik ham til at bede om et sabbatår på opholdssted. Årtier senere mindes han: “I 1951, efter forsøgene på Eniwetok Atoll i Stillehavet, besluttede jeg mig for, at jeg virkelig gerne ville lave noget grundlæggende fysik. … Jeg flyttede til et helt tomt kontor og stirrede på en tom blok i flere måneder for at finde et meningsfuldt spørgsmål, der var et livsværk værdigt. Månederne gik, og det eneste, jeg kunne grave op af underbevidstheden, var den mulige nytte af en bombe til direkte påvisning af neutrinoer.”
Seeing ghosts (particles)
Reines var på en søgen efter at bevise, at neutrinoerne virkelig eksisterede. Han lod sig inspirere af tidligere erfaringer med sprængstoffer og besluttede at forsøge at observere den flygtige neutrino og overtalte sin Los Alamos-kollega Clyde Cowan til at være hans samarbejdspartner.
Idet de vidste, at atomeksplosioner udsender masser af neutroner, som derefter henfalder, overvejede de først at bruge en atombombe. En atomeksplosion ville give en fremragende kilde til neutrinoer og en chance for, at “spøgelsespartiklen” kunne blive synlig. Det var nødvendigt at bygge en følsom detektor og placere den tæt på en atombombe. Men hvordan kunne man bygge en detektor, der kunne placeres 100 meter fra “den mest voldsomme menneskeskabte eksplosion” og overleve?
Efter mange eksperimenter besluttede Reines og Cowan at bruge atomreaktoren i Hanford i Washington. Dette ville give dem kontrol over atomkraft og gøre det muligt at gentage eksperimentet. Der ville de have mulighed for at foretage ændringer i atomkernerne, som ville give kolossale mængder af neutrinos. Reines og Cowan var derefter i stand til at detektere neutrinoer, der blev udsendt fra reaktoren, ved at registrere deres interaktioner med protoner i flydende scintillator.
Project Poltergeist
I 1953 byggede Reines og Cowan en lille prototype-detektor ved navn Herr Auge (tysk for hr. øje) som en del af Project Poltergeist – opkaldt efter neutrinoernes spøgelsesagtige natur. Dette var den første større eksperimentelle udvikling, der gav statistisk signifikante resultater.
Efter et stykke tid i deres eksperimenter var de sikre på, at de havde observeret en fri neutrino, men i 1955 flyttede Reines og Cowan deres aktiviteter til Savannah River Plant, som havde fem fissionsreaktorer.
Reines og Cowan stod over for en kolossal udfordring: at fange den “mest asociale af alle partikler”. I sommeren 1956 lykkedes det dem.
Nobelprisen i fysik
Snart efter deres opdagelse forlod Cowan Los Alamos Lab, efterfulgt af Reines, begge for at fortsætte som undervisere.
Det var først i 1995, at Reines modtog Nobelprisen i fysik for sit og Cowans eksperimentelle arbejde med at opdage den første neutrino, den såkaldte elektron-anti-neutrino. Cowan fik dog ikke del i prisen, da den ikke uddeles posthumt (Cowan døde i 1974).
Reines’ Nobelpris er i øjeblikket udstillet på Los Alamos Historical Museum’s Bethe House på Bathtub Row i Los Alamos’ centrum.
En officiel kopi af den prestigefyldte pris er udlånt fra laboratoriets Bradbury Museum og er udstillet i National Security Research Center (NSRC), som er laboratoriets klassificerede bibliotek. De officielle replikaer ser identiske ud med originalerne og er fremstillet af de samme håndværkere, men de er af guldfineret bronze i stedet for massivt guld.