Fizycy laboratoryjni studiowali kiedyś naukę, która ich prześladowała
Przez Danny’ego Alcazara, archiwistę, Narodowe Centrum Badań nad Bezpieczeństwem
Ale Frederick Reines (na zdjęciu, poniżej) doskonale radził sobie z literaturą i historią, a jego pasją była muzyka i śpiew, nauczyciel dostrzegł jego potencjał w nauce.
Ten nauczyciel zaoferował Reinesowi zachętę – i klucz do laboratorium naukowego, aby mógł pracować, kiedy tylko chciał. Stopnie Reinesa z przedmiotów ścisłych zaczęły się systematycznie poprawiać w szkole średniej, a jego odpowiedź na pytanie z rocznika o jego główne ambicje brzmiała: „Zostać fizykiem extraordinaire.”
Lata później, kiedy Reines po raz pierwszy rozważał eksperyment mający na celu wykrycie neutrina w 1951 roku, cząstka ta wciąż była poltergeistem – co oznacza, że była ulotnym, ale nawiedzającym duchem w świecie fizycznej rzeczywistości, zgodnie z raportem laboratorium „The Reines-Cowan Experiments: Detecting the Poltergeist”. Właściwości neutrina zostały wydedukowane, ale tylko teoretycznie – ktoś musiał jeszcze wykazać jego realność.
Niemal 45 lat później Reines otrzymał Nagrodę Nobla z fizyki w 1995 roku za wykrycie tak zwanych cząstek widmowych reakcji jądrowych i poszerzenie w ten sposób zrozumienia podstaw fizyki przez naukowców.
Era Projektu Manhattan
Reines dołączył do tajnego wówczas laboratorium w Los Alamos w 1944 roku, aby pomóc w stworzeniu pierwszych na świecie bomb atomowych. Pracował pod kierunkiem sławnych fizyków Richarda Feynmana i Hansa Bethego.
Do 1947 roku Reines po raz pierwszy pomyślał o poszukiwaniu dowodów na istnienie neutrin (cząstek subatomowych bez ładunku elektrycznego i o bardzo małej masie), co skłoniło go do poproszenia o urlop naukowy. Dziesiątki lat później wspominał: „W 1951 roku, po testach na atolu Eniwetok na Pacyfiku, zdecydowałem, że naprawdę chciałbym zająć się fizyką fundamentalną. (…) Przeprowadziłem się do pustego biura i przez kilka miesięcy wpatrywałem się w pusty notatnik, szukając sensownego pytania, które byłoby godne pracy całego życia. Miesiące mijały, a jedyne, co mogłem wydobyć z podświadomości, to ewentualna przydatność bomby do bezpośredniego wykrywania neutrin.”
Seeing ghosts (particles)
Reines był na tropie udowodnienia, że neutrina naprawdę istnieją. Czerpiąc inspirację z wcześniejszych doświadczeń z materiałami wybuchowymi, postanowił spróbować zaobserwować nieuchwytne neutrino i przekonał swojego kolegę z Los Alamos, Clyde’a Cowana, by został jego współpracownikiem.
Wiedząc, że eksplozje atomowe emitują wiele neutronów, które następnie ulegają rozpadowi, najpierw rozważali użycie bomby atomowej. Eksplozja atomowa stanowiłaby doskonałe źródło neutrin i szansę, że „cząstka-duch” mogłaby stać się widoczna. Wymagało to zbudowania czułego detektora i umieszczenia go w pobliżu bomby atomowej. Ale jak można zbudować detektor, który byłby umieszczony 100 metrów od „najgwałtowniejszej eksplozji stworzonej przez człowieka” i przetrwałby?
Po wielu eksperymentach Reines i Cowan zdecydowali się użyć reaktora jądrowego w Hanford w stanie Waszyngton. To dałoby im kontrolę nad energią jądrową i pozwoliłoby na powtórzenie eksperymentu. Tam mieliby możliwość dokonania zmian w jądrach atomowych, które przyniosłyby kolosalne ilości neutrin. Reines i Cowan byli wówczas w stanie wykryć neutrina emitowane z reaktora, rejestrując ich oddziaływania z protonami w ciekłym scyntylatorze.
Projekt Poltergeist
W 1953 roku Reines i Cowan zbudowali mały prototypowy detektor o nazwie Herr Auge (po niemiecku Pan Oko) w ramach Projektu Poltergeist – nazwany tak ze względu na upiorną naturę neutrin. Był to pierwszy poważny eksperyment, który przyniósł statystycznie istotne wyniki.
Po rozpoczęciu eksperymentów byli pewni, że zaobserwowali wolne neutrino, ale do 1955 roku Reines i Cowan przenieśli swoją działalność do zakładu Savannah River Plant, który posiadał pięć reaktorów rozszczepieniowych.
Reines i Cowan stanęli przed kolosalnym wyzwaniem: uchwycić „najbardziej antyspołeczną z cząstek”. Latem 1956 r. udało im się to.
Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki
Niedługo po ich odkryciu Cowan opuścił Los Alamos Lab, a po nim Reines, obaj zajęli się nauczaniem.
Dopiero w 1995 roku Reines otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za swoją i Cowana pracę eksperymentalną nad wykryciem pierwszego neutrina, zwanego antyneutrinem elektronowym. Cowan jednak nie podzielił się nagrodą, ponieważ nie jest ona przyznawana pośmiertnie (Cowan zmarł w 1974 roku).
Nagroda Nobla Reinesa jest obecnie wystawiona w Domu Bethego w Muzeum Historycznym Los Alamos przy Bathtub Row w centrum Los Alamos.
Oficjalna replika prestiżowej nagrody jest wypożyczona z Muzeum Bradbury’ego w Laboratorium i jest wystawiona w Centrum Badań nad Bezpieczeństwem Narodowym (NSRC), które jest tajną biblioteką Laboratorium. Oficjalne repliki wyglądają identycznie jak oryginały i są wykonane przez tych samych rzemieślników, ale są wykonane z brązu wykończonego złotem, a nie z litego złota.