Frederick Reines

Frederick Reines (16. März 1918 – 26. August 1998) war ein US-amerikanischer Physiker und der Mann, der das Neutrino zum ersten Mal nachwies. Für diese Leistung erhielt er 1995 den Nobelpreis für Physik — 39 Jahre nach dem Experiment.

Der Weg zum Nachweis

Reines arbeitete nach dem Zweiten Weltkrieg in Los Alamos. 1951 fasste er den Entschluss, sich einer Aufgabe zuzuwenden, die als unlösbar galt: dem experimentellen Nachweis jenes Teilchens, das Wolfgang Pauli 1930 vorgeschlagen hatte und das mit Materie so gut wie nicht wechselwirkt.

Gemeinsam mit Clyde Cowan entwickelte er dafür einen Plan. Die erste Idee war kühn bis zur Verwegenheit: Man wollte den Detektor neben eine Kernwaffenexplosion stellen, weil dort für einen Augenblick eine gewaltige Zahl von Antineutrinos frei wird.

Der Plan wurde verworfen — nicht, weil er unmöglich war, sondern weil sich ein besserer fand. Ein Kernreaktor liefert dauerhaft Antineutrinos, und Dauerhaftigkeit erlaubt es, Untergrund sorgfältig abzuziehen.

Das Experiment am Savannah River

1956 stellten Reines und Cowan ihren Aufbau am Reaktor Savannah River in South Carolina auf. Sie nutzten den inversen Betazerfall: Ein Antineutrino trifft ein Proton und erzeugt ein Neutron und ein Positron.

Der Kunstgriff lag im Nachweis. Das Positron zerstrahlt sofort mit einem Elektron und liefert zwei Gammaquanten. Das Neutron wandert einige Mikrosekunden umher, bis es von einem Cadmiumkern eingefangen wird, der dabei ebenfalls Gammastrahlung aussendet. Zwei Blitze im richtigen zeitlichen Abstand — dieses Doppelsignal war kaum zu verwechseln.

Am 14. Juni 1956 schickten die beiden ein Telegramm an Wolfgang Pauli, in dem sie ihm mitteilten, sein Teilchen sei gefunden. Pauli soll den Abend mit Freunden und einer Kiste Champagner begangen haben.

Weitere Arbeiten

Reines blieb dem Thema treu. Er ging 1966 an die neu gegründete University of California, Irvine, und baute dort eine Forschungsgruppe für Neutrinophysik auf.

Sein zweiter großer Moment kam 1987. Der von ihm mit aufgebaute Detektor IMB in einer Salzmine in Ohio registrierte am 23. Februar acht Neutrinos aus der Supernova SN 1987A — zeitgleich mit Kamiokande in Japan. Damit war die Neutrinoastronomie geboren.

Der Nobelpreis 1995

Die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften zeichnete Reines 1995 „für den Nachweis des Neutrinos" aus. Er teilte den Preis mit Martin Perl, dem Entdecker des Tau-Leptons.

Clyde Cowan war 1974 gestorben und konnte nicht mehr geehrt werden — der Nobelpreis wird nicht posthum vergeben. Reines wies bei jeder Gelegenheit darauf hin, dass die Arbeit gemeinsam geleistet worden war.

Einordnung

Zwischen Paulis Vorschlag und Reines' Nachweis lagen 26 Jahre. Pauli selbst hatte geschrieben, er habe etwas Schreckliches getan: ein Teilchen postuliert, das man nicht nachweisen könne.

Reines' Verdienst ist, dass er diese Einschätzung nicht akzeptierte. Er nahm eine Aufgabe an, die als aussichtslos galt, und löste sie mit Geduld und einem klugen Signalmuster. Die gesamte heutige Neutrinophysik — von Super-Kamiokande bis JUNO — steht auf dem Boden, den er bereitet hat.

Quellen

C. L. Cowan, F. Reines u. a.: Detection of the Free Neutrino: A Confirmation, Science 124, 103 (1956).
Nobelstiftung: Nobelpreis für Physik 1995, Begründung und Biografie.