Фредерик Райнес

Фредерик Райнес (16 марта 1918 – 26 августа 1998) — американский физик и тот человек, который впервые обнаружил нейтрино. За это достижение он получил в 1995 году Нобелевскую премию по физике — через 39 лет после эксперимента.

Путь к обнаружению

После Второй мировой войны Райнес работал в Лос-Аламосе. В 1951 году он принял решение обратиться к задаче, которая считалась неразрешимой: к экспериментальному обнаружению той частицы, которую Вольфганг Паули предложил в 1930 году и которая с веществом почти не взаимодействует.

Вместе с Клайдом Коуэном он разработал для этого план. Первая идея была смела до дерзости: детектор хотели поставить рядом со взрывом ядерного оружия, потому что там на мгновение освобождается огромное число антинейтрино.

План был отвергнут — не потому, что он был невозможен, а потому, что нашёлся лучший. Ядерный реактор поставляет антинейтрино постоянно, а постоянство позволяет тщательно вычитать фон.

Эксперимент на Саванна-Ривер

В 1956 году Райнес и Коуэн установили свою аппаратуру у реактора Саванна-Ривер в Южной Каролине. Они использовали обратный бета-распад: антинейтрино попадает в протон и порождает нейтрон и позитрон.

Хитрость заключалась в способе обнаружения. Позитрон немедленно аннигилирует с электроном и даёт два гамма-кванта. Нейтрон блуждает несколько микросекунд, пока его не захватит ядро кадмия, которое при этом тоже испускает гамма-излучение. Две вспышки с правильным промежутком во времени — этот двойной сигнал было трудно с чем-либо спутать.

14 июня 1956 года оба послали Вольфгангу Паули телеграмму, в которой сообщили ему, что его частица найдена. Говорят, что Паули отметил этот вечер с друзьями и ящиком шампанского.

Дальнейшие работы

Райнес остался верен теме. В 1966 году он перешёл во вновь основанный Калифорнийский университет в Ирвайне и создал там исследовательскую группу по физике нейтрино.

Его второй большой момент наступил в 1987 году. Построенный при его участии детектор IMB в соляной шахте в Огайо зарегистрировал 23 февраля восемь нейтрино от сверхновой SN 1987A — одновременно с Kamiokande в Японии. Тем самым родилась нейтринная астрономия.

Нобелевская премия 1995 года

Королевская шведская академия наук отметила Райнеса в 1995 году «за обнаружение нейтрино». Он разделил премию с Мартином Перлом, первооткрывателем тау-лептона.

Клайд Коуэн умер в 1974 году и не мог быть удостоен награды — Нобелевская премия посмертно не присуждается. Райнес при каждом случае указывал на то, что работа была выполнена совместно.

Оценка

Между предложением Паули и обнаружением Райнеса пролегли 26 лет. Сам Паули писал, что совершил нечто ужасное: постулировал частицу, которую невозможно обнаружить.

Заслуга Райнеса в том, что он этой оценки не принял. Он взялся за задачу, которая считалась безнадёжной, и решил её терпением и умным рисунком сигнала. Вся сегодняшняя физика нейтрино — от Super-Kamiokande до JUNO — стоит на почве, которую подготовил он.

Связанные понятия

• Клайд Коуэн — его партнёр
• Эксперимент Коуэна и Райнеса — опыт в подробностях
• Вольфганг Паули — автор идеи
• SN 1987A — его второе большое обнаружение

Источники

• C. L. Cowan, F. Reines и др.: Detection of the Free Neutrino: A Confirmation, Science 124, 103 (1956).
• Нобелевский фонд: Нобелевская премия по физике 1995, обоснование и биография.