Laboratorion fyysikot tutkivat aikoinaan tiedettä, joka ahdisti heitä
Toimittaja Danny Alcazar, arkistonhoitaja, Kansallisen turvallisuuden tutkimuskeskus
Vaikka Frederick Reines (kuvassa alla) kunnostautui akateemisesti kirjallisuuden ja historian parissa ja innostui intohimoisesti musiikista ja laulamisesta, eräs opettaja näki hänen potentiaalinsa luonnontieteissä.
Tämä opettaja tarjosi Reinesille rohkaisua – ja avaimen tiedelaboratorioon, jotta hän voisi työskennellä milloin tahansa. Reinesin arvosanat luonnontieteissä alkoivat tasaisesti parantua lukioon mennessä, ja hänen vastauksensa vuosikirjan kyselyyn hänen pääasiallisesta kunnianhimostaan oli: ”Ollakseni fyysikko extraordinaire.”
Vuosia myöhemmin, kun Reines vuonna 1951 ensimmäisen kerran harkitsi koetta neutriinon havaitsemiseksi, tämä hiukkanen oli vielä poltergeist – eli se oli ohikiitävä, mutta silti kummitteleva kummitus fysikaalisen todellisuuden maailmassa, laboratorion raportin The Reines-Cowan Experiments (Reines-Cowan Experiments, Reines-Cowan-kokeet) mukaan: Detecting the Poltergeist”. Neutriinon ominaisuudet oli päätelty, mutta vain teoreettisesti – jonkun oli vielä osoitettava sen todellisuus.
Viitisenkymmenenviidenkymmenenviiden vuoden kuluttua Reines sai vuoden 1995 fysiikan Nobel-palkinnon siitä, että hän oli havainnut ydinreaktioiden niin sanotut aavehiukkaset ja siten laajentanut tutkijoiden ymmärrystä fysiikan perusteista.
Manhattan-projektin aikakausi
Reines liittyi silloiseen salaiseen laboratorioon Los Alamosissa vuonna 1944 auttaakseen maailman ensimmäisten atomipommien kehittämisessä. Hän työskenteli kuuluisien fyysikoiden Richard Feynmanin ja Hans Bethen alaisuudessa.
Vuoteen 1947 mennessä Reines ajatteli ensimmäisen kerran pyrkiä etsimään todisteita neutriinoista (subatomisesta hiukkasesta, jolla ei ole sähkövarausta ja jolla on hyvin pieni massa), mikä sai hänet pyytämään virkavapaata. Vuosikymmeniä myöhemmin hän muisteli: ”Vuonna 1951 Tyynenmeren Eniwetokin atollilla tehtyjen kokeiden jälkeen päätin, että haluaisin todella tehdä perusfysiikkaa. … Muutin täysin tyhjään toimistoon ja tuijotin tyhjää paperia useita kuukausia etsien mielekästä kysymystä, joka olisi elämäntyön arvoinen. Kuukaudet kuluivat, ja kaikki, mitä pystyin kaivamaan alitajunnasta esiin, oli pommin mahdollinen käyttökelpoisuus neutriinojen suorassa havaitsemisessa.”
Seeing ghosts (particles)
Reines pyrki todistamaan, että neutriino todella oli olemassa. Hän ammensi inspiraatiota aiemmista kokemuksistaan räjähteistä ja päätti yrittää havainnoida vaikeasti havaittavaa neutriinoa ja vakuutti Los Alamosin kollegansa Clyde Cowanin yhteistyökumppanikseen.
Tietäen, että atomiräjähdykset synnyttävät paljon neutroneja, jotka sitten hajoavat, he harkitsivat ensin ydinpommin käyttöä. Atomiräjähdys tarjoaisi erinomaisen lähteen neutriinoille ja mahdollisuuden, että ”haamuhiukkanen” saattaisi tulla näkyviin. Tämä tarkoitti herkän ilmaisimen rakentamista ja sen sijoittamista atomipommin lähelle. Mutta miten voitaisiin rakentaa ilmaisin, joka sijoitettaisiin 100 metrin päähän ”voimakkaimmasta ihmisen tekemästä räjähdyksestä” ja joka selviäisi hengissä?
Pitkien kokeilujen jälkeen Reines ja Cowan päättivät käyttää Washingtonin Hanfordissa sijaitsevaa ydinreaktoria. Tämä antaisi heille mahdollisuuden hallita ydinvoimaa ja mahdollistaisi kokeen toistettavuuden. Siellä heillä olisi mahdollisuus tehdä atomiytimiin muutoksia, jotka tuottaisivat kolossaalisia määriä neutriinoja. Reines ja Cowan pystyivät sitten havaitsemaan reaktorista lähtevät neutriinot tallentamalla niiden vuorovaikutukset protonien kanssa nestesintillaattorissa.
Projekti Poltergeist
Vuonna 1953 Reines ja Cowan rakensivat pienen prototyyppi-ilmaisimen nimeltä Herr Auge (saksaksi herra Silmä) osana projektia Poltergeist (Poltergeist) – joka on saanut nimensä neutriinon aavemaiseen luonteeseen. Tämä oli ensimmäinen merkittävä kokeellinen kehitys, joka tuotti tilastollisesti merkitseviä tuloksia.
Jossain vaiheessa kokeitaan he olivat varmoja siitä, että he olivat havainneet vapaan neutriinon, mutta vuoteen 1955 mennessä Reines ja Cowan siirsivät toimintansa Savannah River Plant -laitokseen, jossa oli viisi halkeamisreaktoria.
Reines ja Cowan joutuivat jättimäisen haasteen eteen: he halusivat pyydystää ”hiukkasista epäsosiaalisimman”. Kesällä 1956 he onnistuivat.
Fysiikan Nobel-palkinto
Pian löytönsä jälkeen Cowan lähti Los Alamosin laboratoriosta, ja häntä seurasi Reines, molemmat siirtyäkseen opetustyöhön.
Vasta vuonna 1995 Reines sai fysiikan Nobel-palkinnon omasta ja Cowanin kokeellisesta työstä ensimmäisen neutriinon, niin sanotun elektronin antineutriinon, havaitsemiseksi. Cowan ei kuitenkaan jakanut palkintoa, koska sitä ei jaeta postuumisti (Cowan kuoli vuonna 1974).
Reinesin Nobel-palkinto on tällä hetkellä esillä Los Alamosin historiallisen museon Bethe Housessa Bathtub Row’lla Los Alamosin keskustassa.
Virallinen jäljennös arvostetusta palkinnosta on lainassa laboratorion Bradbury-museolta, ja se on näytteillä kansallisessa turvallisuustutkintakeskuksessa (National Security Research Center (NSRC)), joka on laboratorion salaiseksi luokiteltua kirjastoa. Viralliset jäljennökset näyttävät identtisiltä alkuperäisten kanssa ja ovat samojen käsityöläisten tekemiä, mutta ne ovat kultapintaista pronssia massiivikullan sijaan.