Рэй Джаявардхана - Охотники за нейтрино. Захватывающая погоня за призрачной элементарной частицей

Первые признаки нейтринных сигналов удалось зафиксировать спустя несколько месяцев. Сигналы были не столь четкими, как надеялись Рейнес и Коуэн, однако их детектор регистрировал нейтрино, даже когда реактор не работал . Оказалось, что космические лучи могут давать характерные двойные вспышки, совершенно неотличимые от тех, которые ожидалось получать от взаимодействия нейтрино с материей. Однако ученые заметили, что частота таких вспышек явно возрастала при включенном реакторе, поэтому надеялись, что хотя бы некоторые из этих вспышек были вызваны нейтрино. В краткой заметке, опубликованной в журнале Physical Review , они осторожно характеризовали полученные результаты так: «Представляется вероятным, что цель [обнаружения нейтрино] достигнута, хотя необходимо провести дополнительную работу, которая бы подтвердила эту гипотезу». Позже Коуэн описывал эту ситуацию более образно: «Мы чувствовали, что вот-вот ухватим нейтрино за хвост, но к делу имеющиеся доказательства не пришьешь».

Несмотря на очень осторожный тон заметки, новости о результатах исследований просочились в СМИ. В газете The New York Times вышла статья «Команде атомщиков удалось наблюдать призрачную частицу». Журналы Scientific American и Time также опубликовали материалы на эту тему, а в пресс-релизе от организации Science Service даже делались громкие заявления, что вскоре придется переписывать учебники, так как «таинственный полтергейст современной физики наконец пойман». Когда эту новость узнал Вольфганг Паули, в те годы вновь обосновавшийся в Цюрихе, он в компании близких друзей не мешкая отправился на одну из окрестных гор, откуда открывался прекрасный вид на город, и там они устроили праздничный обед. Говорят, что позже в тот вечер ликующий Паули спускался с горы, слегка пошатываясь.

Но Рейнес и Коуэн, отличавшиеся научной въедливостью, не удовлетворились таким результатом, который был в лучшем случае предварительным. Они решили провести следующий, более выверенный эксперимент, поместив датчик рядом с новым реактором, установленным в районе Саванна-Ривер на территории штата Южная Каролина. Этот реактор был гораздо мощнее хэнфордского. Заручившись помощью нескольких коллег, они до основания переработали план эксперимента, чтобы отличать сигналы истинных нейтрино от ложных сигналов, вызванных частицами космических лучей. Кроме того, для эксперимента было подготовлено сразу несколько резервуаров со сцинтиллирующими жидкостями. Новая установка, сборка которой завершилась в конце 1955 г., весила около 10 т. Аппарат устанавливался в фундаменте здания прямо под ядерным реактором, был экранирован не только от космических лучей, но и от нейтронов, образующихся в реакторе. За несколько месяцев работы ученые записали сотни часов данных, для сравнения – при включенном и при выключенном реакторе. При включенном реакторе установка фиксировала впятеро больше пар вспышек, разделенных интервалом несколько микросекунд, чем при выключенном. К лету 1956 г., после многочисленных анализов и проверок, все члены команды уже были убеждены, что им действительно удалось обнаружить нейтрино.

Рейнес вспоминал: «Это было великолепное ощущение непосредственного участия в процессе познания. В июне 1956 г. мы решили, что пришло время сообщить о наших результатах человеку, который и начал все это, когда еще в молодости написал свое знаменитое письмо и впервые постулировал существование нейтрино». Разумеется, Рейнес говорил о Паули. Они с Коуэном послали Паули телеграмму, которая начиналась так: «Мы счастливы сообщить Вам, что определенно зарегистрировали нейтрино от фрагментов деления…» Паули получил телеграмму, как раз будучи на конференции в Женеве. Он прервал заседание и громко зачитал ее собравшимся.

На следующий день Паули ответил Рейнесу и Коуэну. В своем фирменном стиле он самодовольно отметил: «Если умеешь ждать – дождешься чего хочешь». Но телеграмма Паули в Америку не дошла. В архивах Паули сохранилась пометка секретаря о том, что ученый действительно послал такую телеграмму «ночной почтой» (отправление уходит в ночь, доставляется наутро, тарифы при этом снижены). Ответ Паули попал в точку: действительно Нобелевскому комитету потребовалось целых 40 лет, чтобы оценить открытие нейтрино. В 1995 г. Рейнес получил половину Нобелевской премии по физике. Коуэн умер за 21 год до этого, поэтому ему премия не досталась. Спустя годы после открытия Рейнес напомнил теоретику Хансу Бете, что тот еще в 1934 г. утверждал в статье, написанной совместно с Рудольфом Пайерлсом, что «наблюдать нейтрино практически невозможно». Бете шутливо ответил: «Ну разве можно верить всему, что пишут в этих статьях!»

Рейнес и Коуэн, выполнившие титаническую работу на реакторах в Хэнфорде и Саванна-Ривер, впервые смогли изловить призрачную частицу-чертенка. Они поймали нейтрино, которые могут беспрепятственно проскочить через земной шар и продолжить свой путь в глубины Вселенной. Причем они смогли это сделать при помощи очень хитроумной экспериментальной установки, воспользовавшись ядерным реактором в качестве источника нейтрино (точно как предлагал поступить Бруно Понтекорво), применив при этом совершенно иной метод, чем в проекте Понтекорво. Фантом, возникший из ничего в исстрадавшейся душе физика Паули, стал экспериментально зафиксированным феноменом материального мира, предоставив нам вполне удовлетворительное решение таинственной проблемы бета-распада, а также доказав незыблемость закона сохранения энергии. При этом подтвердились теоретические прогнозы Паули и Ферми.

С тех пор мы смогли понять, что неброские нейтрино помогают разгадать многие тайны космоса, ответить на вопросы «почему Солнце светит?» и «почему во Вселенной вообще есть материя?». Прозорливый Понтекорво первым предположил, что Солнце должно испускать огромные тучи нейтрино. Дальше нас ждет история об ученом-первопроходце, желавшем поймать внеземные нейтрино, прилетающие к нам из космических далей.

В начале 1950-х гг. охотой на нейтрино занимались не только Фред Рейнес и Клайд Коуэн. Рэй Дэвис, студент Йельского университета, обучавшийся физической химии, «заболел» проблемой нейтрино, однажды прочитав об этих частицах в библиотеке, и с тех пор без устали их выслеживал. Дэвис вырос в столичном Вашингтоне. Вместе с братом (он был на год и два месяца младше Рэя) они играли в уличные мальчишеские игры и плескались в реке Потомак. Отец Дэвиса, работавший фотографом в Национальном бюро стандартов США, в свое время даже не окончил школу. Однако именно он привил Рэю интерес к химическим опытам и фотографии. В молодости Дэвис хорошо стрелял из винтовки и даже получал медали за меткость, хотя позже забросил этот спорт. Мать пыталась приобщить сына к музыке, но, в отличие от Рейнеса, Дэвис пел плохо. Рэй вспоминал: «Чтобы угодить маме, я несколько лет пел в хоре, несмотря на полное отсутствие музыкального слуха».