A laboratórium fizikusai egykor olyan tudományt tanulmányoztak, amely kísértette őket
By Danny Alcazar, archivista, Nemzetbiztonsági Kutatóközpont
Bár Frederick Reines (képünkön, lent) akadémiai szinten kitűnt az irodalomban és a történelemben, és szenvedélyesen szeretett zenélni és énekelni, egy tanár meglátta benne a tudományban rejlő lehetőségeket.
Ez a tanár bátorítást ajánlott Reinesnek – és egy kulcsot a tudományos laborhoz, hogy akkor dolgozhasson, amikor csak akar. Reines természettudományos jegyei a középiskolára folyamatosan javulni kezdtek, és a legfőbb ambícióját firtató évkönyvi kérdésre a következő volt a válasza: “Rendkívüli fizikus akarok lenni.”
Egy évvel később, amikor Reines 1951-ben először gondolt a neutrínó kimutatására irányuló kísérletre, ez a részecske még mindig poltergeist volt – vagyis egy múló, mégis kísértő szellem a fizikai valóság világában, a laboratórium “The Reines-Cowan Experiments” című jelentése szerint: Detecting the Poltergeist”. A neutrínó tulajdonságaira már következtettek, de csak elméletileg – valakinek még be kellett bizonyítania a valóságát.
Majdnem 45 évvel később Reines megkapta az 1995-ös fizikai Nobel-díjat a nukleáris reakciók úgynevezett szellemrészecskéinek kimutatásáért, és ezáltal a tudósok fizikai alapismereteinek bővítéséért.
Manhattan Project korszak
Reines 1944-ben csatlakozott az akkor még titkos Los Alamos-i laboratóriumhoz, hogy segítsen a világ első atombombáinak létrehozásában. A híres fizikusok, Richard Feynman és Hans Bethe mellett dolgozott.
Reines 1947-ben gondolt először arra, hogy a neutrínók (elektromos töltés nélküli, nagyon kis tömegű szubatomi részecskék) bizonyítására törekszik, ami arra késztette, hogy kutatói szabadságot kérjen. Évtizedekkel később így emlékezett vissza: “1951-ben, a csendes-óceáni Eniwetok Atollon végzett kísérletek után úgy döntöttem, hogy tényleg szeretnék alapvető fizikával foglalkozni. … Egy teljesen üres irodába költöztem, és néhány hónapig egy üres jegyzettömböt bámultam, keresve egy olyan értelmes kérdést, amely méltó egy élet munkájához. Teltek a hónapok, és minden, amit a tudatalattimból elő tudtam kotyvasztani, az egy bomba lehetséges hasznossága volt a neutrínók közvetlen kimutatására.”
Szellemek (részecskék)
Reines arra törekedett, hogy bebizonyítsa, a neutrínó valóban létezik. A robbanóanyagokkal kapcsolatos korábbi tapasztalataiból merítve, elhatározta, hogy megpróbálja megfigyelni a megfoghatatlan neutrínót, és meggyőzte Los Alamos-i kollégáját, Clyde Cowant, hogy legyen a munkatársa.
Tudván, hogy az atomrobbanások sok neutront bocsátanak ki, amelyek aztán elbomlanak, először fontolóra vették egy atombomba használatát. Egy atomrobbanás kiváló forrást biztosítana a neutrínók számára, és esélyt adna arra, hogy a “szellemrészecske” láthatóvá váljon. Ehhez egy érzékeny detektort kellett építeni, és azt az atombomba közelében elhelyezni. De hogyan lehetne olyan detektort építeni, amelyet 100 méterre a “legerősebb, ember okozta robbanástól” helyeznének el, és túlélné?
Hosszas kísérletezés után Reines és Cowan úgy döntött, hogy a washingtoni Hanfordban található atomreaktort használja. Ez biztosította volna számukra az atomenergia ellenőrzését, és lehetővé tette volna a kísérlet megismételhetőségét. Ott lehetőségük lenne arra, hogy olyan változásokat hajtsanak végre az atommagokon, amelyek kolosszális mennyiségű neutrínót eredményeznének. Reines és Cowan ezután képes volt detektálni a reaktorból kibocsátott neutrínókat azáltal, hogy folyékony szcintillátorban rögzítették a protonokkal való kölcsönhatásaikat.
Projekt Poltergeist
1953-ban Reines és Cowan a Project Poltergeist részeként – a neutrínók kísérteties természetéről elnevezve – egy kis prototípus detektort épített Herr Auge (németül Szem úr) néven. Ez volt az első nagyobb kísérleti fejlesztés, amely statisztikailag szignifikáns eredményeket hozott.
Kísérleteik egy idő után már biztosak voltak abban, hogy szabad neutrínót észleltek, de 1955-re Reines és Cowan átköltöztette a műveletet a Savannah River Plantba, ahol öt hasadási reaktor volt.
Reines és Cowan kolosszális kihívással szembesült: a “legantiszociálisabb részecske” befogásával. 1956 nyarán sikerült is nekik.
Fizikai Nobel-díj
Nem sokkal a felfedezésük után Cowan, majd Reines is elhagyta a Los Alamos-i laboratóriumot, mindketten a tanári pályára mentek.
Reines csak 1995-ben kapta meg a fizikai Nobel-díjat az ő és Cowan kísérleti munkájáért, az első neutrínó, az úgynevezett elektron-antineutrínó kimutatásáért. Cowan azonban nem részesült a díjból, mivel azt nem posztumusz ítélték oda (Cowan 1974-ben halt meg).
Reines Nobel-díja jelenleg a Los Alamos-i Történelmi Múzeum Bethe-házában, a Los Alamos belvárosában található Bathtub Row-ban látható.
A tekintélyes díj hivatalos másolatát a laboratórium Bradbury Múzeumától kapta kölcsön, és a Nemzeti Biztonsági Kutatóközpontban (NSRC), a laboratórium titkos könyvtárában van kiállítva. A hivatalos másolatok ugyanúgy néznek ki, mint az eredetiek, és ugyanazok a mesteremberek készítik őket, de nem tömör aranyból, hanem aranyozott bronzból készültek.