Les physiciens du laboratoire étudiaient autrefois une science qui les hantait
Par Danny Alcazar, archiviste, Centre de recherche sur la sécurité nationale
Bien que Frederick Reines (photo, ci-dessous) excellait scolairement en littérature et en histoire et était passionné de musique et de chant, un professeur a vu son potentiel dans les sciences.
Ce professeur a offert à Reines des encouragements – et une clé du laboratoire de sciences pour qu’il puisse travailler quand il le voulait. Les notes de Reines en sciences ont commencé à s’améliorer régulièrement au lycée et sa réponse à la question de l’annuaire sur sa principale ambition était : « Être un physicien extraordinaire. »
Des années plus tard, lorsque Reines a envisagé pour la première fois une expérience pour détecter le neutrino en 1951, cette particule était encore un poltergeist – ce qui signifie qu’elle était un fantôme fugace mais hanté dans le monde de la réalité physique, selon le rapport du laboratoire « The Reines-Cowan Experiments : Detecting the Poltergeist ». Les propriétés du neutrino avaient été déduites, mais seulement théoriquement – quelqu’un devait encore démontrer sa réalité.
Près de 45 ans plus tard, Reines a reçu le prix Nobel de physique 1995 pour avoir détecté les particules dites fantômes des réactions nucléaires et avoir ainsi élargi la compréhension des scientifiques sur les principes fondamentaux de la physique.
Époque du projet Manhattan
Reines a rejoint le laboratoire alors secret de Los Alamos en 1944 pour aider à créer les premières bombes atomiques du monde. Il a travaillé sous la direction des célèbres physiciens Richard Feynman et Hans Bethe.
En 1947, Reines a pensé pour la première fois à rechercher des preuves de l’existence de neutrinos (une particule subatomique sans charge électrique et de très faible masse), ce qui l’a incité à demander un congé sabbatique en résidence. Des décennies plus tard, il se souvient : « En 1951, à la suite des essais réalisés dans l’atoll d’Eniwetok, dans le Pacifique, j’ai décidé que j’aimerais vraiment faire de la physique fondamentale. … Je me suis installé dans un bureau totalement vide et j’ai fixé un bloc-notes vierge pendant plusieurs mois, à la recherche d’une question significative digne du travail d’une vie. Les mois ont passé et tout ce que j’ai pu extirper du subconscient était l’utilité possible d’une bombe pour la détection directe des neutrinos. »
Seeing ghosts (particules)
Reines était en quête de prouver que le neutrino existait vraiment. S’inspirant de ses expériences passées avec les explosifs, il décida de tenter d’observer l’insaisissable neutrino et convainquit son collègue de Los Alamos, Clyde Cowan, d’être son collaborateur.
Connaissant que les explosions atomiques émettent beaucoup de neutrons qui se désintègrent ensuite, ils envisagèrent d’abord d’utiliser une bombe nucléaire. Une explosion atomique constituerait une excellente source de neutrinos et une chance que la « particule fantôme » devienne visible. Pour cela, il fallait construire un détecteur sensible et le placer à proximité d’une bombe atomique. Mais comment construire un détecteur qui pourrait être placé à 100 mètres de « l’explosion la plus violente créée par l’homme » et survivre ?
Après de nombreuses expérimentations, Reines et Cowan décidèrent d’utiliser le réacteur nucléaire de Hanford, dans l’État de Washington. Cela leur donnerait le contrôle de l’énergie nucléaire et permettrait à l’expérience d’être répétable. Là, ils auraient la possibilité d’apporter des modifications aux noyaux atomiques qui produiraient un nombre colossal de neutrinos. Reines et Cowan ont ensuite pu détecter les neutrinos émis par le réacteur en enregistrant leurs interactions avec les protons dans un scintillateur liquide.
Projet Poltergeist
En 1953, Reines et Cowan ont construit un petit prototype de détecteur nommé Herr Auge (en allemand, Mr. Eye) dans le cadre du projet Poltergeist – nommé ainsi en raison de la nature fantomatique du neutrino. Ce fut le premier développement expérimental majeur à produire des résultats statistiquement significatifs.
Au début de leurs expériences, ils étaient certains d’avoir observé un neutrino libre, mais en 1955, Reines et Cowan ont déplacé leur opération à l’usine de Savannah River, qui avait cinq réacteurs à fission.
Reines et Cowan ont été confrontés à un défi colossal : capturer la « plus asociale des particules ». Durant l’été 1956, ils y parvinrent.
Prix Nobel de physique
Peu de temps après leur découverte, Cowan a quitté le laboratoire de Los Alamos, suivi par Reines, tous deux pour poursuivre l’enseignement.
Ce n’est qu’en 1995 que Reines a reçu le prix Nobel de physique pour son travail expérimental et celui de Cowan dans la détection du premier neutrino, appelé anti-neutrino électronique. Cowan, cependant, n’a pas partagé le prix car il n’est pas attribué à titre posthume (Cowan est décédé en 1974).
Le prix Nobel de Reines est actuellement exposé à la maison Bethe du musée historique de Los Alamos, sur Bathtub Row, dans le centre-ville de Los Alamos.
Une réplique officielle du prestigieux prix est prêtée par le Bradbury Museum du Labo et est exposée au National Security Research Center (NSRC), qui est la bibliothèque classifiée du Labo. Les répliques officielles ont un aspect identique aux originaux et sont fabriquées par les mêmes artisans, mais sont en bronze doré plutôt qu’en or massif.