Frederick Reines

Frederick Reines (16 mars 1918 – 26 août 1998) était un physicien américain et l'homme qui mit pour la première fois le neutrino en évidence. Pour cette réalisation, il reçut en 1995 le prix Nobel de physique — 39 ans après l'expérience.

Le chemin vers la mise en évidence

Après la Seconde Guerre mondiale, Reines travaillait à Los Alamos. En 1951, il prit la décision de se tourner vers une tâche réputée insoluble : la mise en évidence expérimentale de cette particule que Wolfgang Pauli avait proposée en 1930 et qui n'interagit pour ainsi dire pas avec la matière.

Avec Clyde Cowan, il élabora un plan à cette fin. La première idée était audacieuse jusqu'à la témérité : on voulait placer le détecteur à côté d'une explosion nucléaire, parce que là, pendant un instant, un nombre gigantesque d'antineutrinos est libéré.

Le plan fut abandonné — non parce qu'il était impossible, mais parce qu'il s'en trouva un meilleur. Un réacteur nucléaire fournit des antineutrinos en permanence, et la permanence permet de soustraire soigneusement le bruit de fond.

L'expérience de Savannah River

En 1956, Reines et Cowan installèrent leur dispositif auprès du réacteur de Savannah River, en Caroline du Sud. Ils utilisèrent la désintégration bêta inverse : un antineutrino frappe un proton et produit un neutron et un positron.

L'astuce résidait dans la détection. Le positron s'annihile aussitôt avec un électron et livre deux quanta gamma. Le neutron erre quelques microsecondes jusqu'à ce qu'il soit capturé par un noyau de cadmium, qui émet lui aussi à cette occasion un rayonnement gamma. Deux éclairs séparés par le bon intervalle de temps — ce signal double était difficile à confondre.

Le 14 juin 1956, les deux hommes envoyèrent à Wolfgang Pauli un télégramme dans lequel ils lui annonçaient que sa particule avait été trouvée. Pauli aurait fêté la soirée avec des amis et une caisse de champagne.

Autres travaux

Reines resta fidèle au sujet. Il rejoignit en 1966 la toute nouvelle University of California, Irvine, et y constitua un groupe de recherche en physique des neutrinos.

Son deuxième grand moment vint en 1987. Le détecteur IMB, qu'il avait contribué à construire, installé dans une mine de sel de l'Ohio, enregistra le 23 février huit neutrinos issus de la supernova SN 1987A — simultanément avec Kamiokande au Japon. L'astronomie neutrino était ainsi née.

Le prix Nobel 1995

L'Académie royale des sciences de Suède distingua Reines en 1995 « pour la mise en évidence du neutrino ». Il partagea le prix avec Martin Perl, le découvreur du lepton tau.

Clyde Cowan était mort en 1974 et ne pouvait plus être honoré — le prix Nobel n'est pas décerné à titre posthume. Reines rappelait à chaque occasion que le travail avait été accompli en commun.

Mise en perspective

26 ans séparaient la proposition de Pauli de la mise en évidence de Reines. Pauli lui-même avait écrit qu'il avait fait quelque chose de terrible : postuler une particule qu'on ne pourrait pas détecter.

Le mérite de Reines est de n'avoir pas accepté cette appréciation. Il accepta une tâche tenue pour sans espoir et la résolut avec de la patience et un motif de signal ingénieux. Toute la physique des neutrinos actuelle — de Super-Kamiokande à JUNO — repose sur le terrain qu'il a préparé.

Termes associés

• Clyde Cowan — son partenaire
• Expérience de Cowan et Reines — l'essai en détail
• Wolfgang Pauli — l'auteur de l'idée
• SN 1987A — sa deuxième grande mise en évidence

Sources

• C. L. Cowan, F. Reines et al. : Detection of the Free Neutrino: A Confirmation, Science 124, 103 (1956).
• Fondation Nobel : prix Nobel de physique 1995, motivation et biographie.