Labbets fysiker studerade en gång vetenskap som hemsökte dem
Författat av Danny Alcazar, arkivarie, National Security Research Center
Och även om Frederick Reines (bilden nedan) utmärkte sig akademiskt i litteratur och historia och brann för musik och sång, så såg en lärare hans potential i vetenskap.
Denna lärare erbjöd Reines uppmuntran – och en nyckel till det vetenskapliga labbet så att han kunde arbeta när han ville. Reines betyg i naturvetenskap började stadigt förbättras i gymnasiet och hans svar på frågan i årsboken om hans främsta ambition var: ”Att bli en extraordinär fysiker.”
År senare, när Reines för första gången funderade på ett experiment för att upptäcka neutrino 1951, var denna partikel fortfarande en poltergeist – vilket innebär att den var ett flyktigt men hemsökande spöke i den fysiska verklighetens värld, enligt labbets rapport ”The Reines-Cowan Experiments”: Detecting the Poltergeist”. Neutrinons egenskaper hade härletts, men endast teoretiskt – någon behövde fortfarande visa att den var verklig.
Knappt 45 år senare tilldelades Reines 1995 års Nobelpris i fysik för att ha upptäckt de så kallade spökpartiklarna från kärnreaktioner och på så sätt breddat vetenskapsmännens förståelse för fysikens grunder.
Manhattanprojektets era
Reines anslöt sig 1944 till det då hemliga labbet i Los Alamos för att hjälpa till att skapa världens första atombomber. Han arbetade under de berömda fysikerna Richard Feynman och Hans Bethe.
1947 tänkte Reines för första gången på att söka bevis för neutriner (en subatomär partikel utan elektrisk laddning och med en mycket liten massa), vilket fick honom att be om ett sabbatsår. Årtionden senare minns han: ”1951, efter testerna i Eniwetok Atoll i Stilla havet, bestämde jag mig för att jag verkligen skulle vilja ägna mig åt grundläggande fysik. … Jag flyttade till ett helt tomt kontor och stirrade på ett tomt block i flera månader för att leta efter en meningsfull fråga som var värd ett livsverk. Månaderna gick och allt jag kunde dra upp ur det undermedvetna var den möjliga nyttan av en bomb för direkt detektion av neutriner.”
Seeing ghosts (particles)
Reines var på jakt efter att bevisa att neutrinerna verkligen existerade. Med inspiration från tidigare erfarenheter av sprängämnen bestämde han sig för att försöka observera den svårfångade neutrinon och övertalade sin Los Alamos-kollega Clyde Cowan att bli hans medarbetare.
Med vetskap om att atomexplosioner avger mängder av neutroner som sedan sönderfaller, övervägde de först att använda en atombomb. En atomexplosion skulle ge en utmärkt källa för neutriner och en chans att ”spökpartikeln” skulle bli synlig. Detta innebar att man byggde en känslig detektor och placerade den nära en atombomb. Men hur skulle man kunna bygga en detektor som skulle kunna placeras 100 meter från ”den våldsammaste av människan skapade explosionen” och överleva?
Efter många experiment bestämde sig Reines och Cowan för att använda kärnkraftsreaktorn i Hanford i Washington. Detta skulle ge dem kontroll över kärnkraften och göra det möjligt att upprepa experimentet. Där skulle de ha möjlighet att göra förändringar i atomkärnorna som skulle ge ett kolossalt antal neutriner. Reines och Cowan kunde sedan upptäcka neutriner som sändes ut från reaktorn genom att registrera deras växelverkan med protoner i flytande scintillator.
Project Poltergeist
År 1953 byggde Reines och Cowan en liten prototyp av en detektor som kallades Herr Auge (tyska för Herr öga) som en del av Project Poltergeist – uppkallad efter neutrinonernas spöklika natur. Detta var den första större experimentella utvecklingen som gav statistiskt signifikanta resultat.
En bit in i sina experiment var de säkra på att de hade observerat en fri neutrino, men 1955 flyttade Reines och Cowan sin verksamhet till Savannah River Plant, som hade fem fissionsreaktorer.
Reines och Cowan ställdes inför en kolossal utmaning: att fånga in den ”mest asociala av partiklar”. Sommaren 1956 lyckades de.
Nobelpris i fysik
Snart efter sin upptäckt lämnade Cowan Los Alamos Lab, följt av Reines, båda för att ägna sig åt undervisning.
Det var inte förrän 1995 som Reines fick Nobelpriset i fysik för sitt och Cowans experimentella arbete med att upptäcka den första neutrinon, kallad elektronens anti-neutrino. Cowan fick dock inte ta del av priset eftersom det inte delas ut postumt (Cowan dog 1974).
Reines Nobelpris visas för närvarande på Los Alamos Historical Museum’s Bethe House on Bathtub Row i centrala Los Alamos.
En officiell kopia av det prestigefyllda priset är utlånad från labbets Bradbury Museum och finns utställd i National Security Research Center (NSRC), som är labbets hemliga bibliotek. De officiella replikerna ser identiska ut med originalen och är tillverkade av samma hantverkare, men är av guldfinierad brons i stället för massivt guld.