и Коуэн изучили теорию нейтрино Ферми, которая гласила, что нейтрино невероятно редко взаимодействует с веществом, поэтому их первый шаг – найти что-то, что могло бы обеспечить как можно больше нейтрино. Хотя каждое нейтрино может пройти долгий путь через материю, статистически, если бы их было достаточно, некоторые из них могли бы случайно взаимодействовать с ядром на пути через детектор. Первая идея физиков заключалась в поимке нейтрино от атомной бомбы, но вскоре они поняли, что новая технология ядерных реакторов предлагает куда менее опасную альтернативу. По расчетам ядерный реактор должен производить огромный поток 10 тыс. млрд (1013) нейтрино в секунду на квадратный сантиметр. Не так много, как ядерное оружие, но все же реактор – постоянный источник, который мог производить нейтрино в течение очень длительного периода времени.

Райнес и Коуэн сосредоточили свое внимание на поиске реакции, предсказанной теорией Ферми, в которой протон захватывает нейтрино, превращаясь в нейтрон и испуская позитрон[204]. В результате этого процесса ожидалась двойная сигнатура от нейтрино. Во-первых, позитрон аннигилировал бы электрон, создавая вспышку гамма-лучей, которая была бы контрольным признаком того, что нейтрино посетило детектор. Вторая часть сигнала должна исходить от появляющегося нейтрона, который будет поглощен ядром и испустит гамма-излучение примерно пять микросекунд спустя. Что действительно было нужно проекту «Полтергейст», так это система, способная уловить две вспышки гамма-излучения с интервалом в пять микросекунд. Ученые надеялись, что этот сигнал позволит отличить нейтрино от космического луча или другого фонового шума.

Выяснив, что они ищут, Райнес и Коуэн сконструировали детектор. Здесь в игру вступили два последних технологических достижения. Первым было открытие того, что некоторые прозрачные органические жидкости излучают видимый свет, когда через них проходит гамма-луч или заряженная частица. Такой «жидкий сцинтиллятор» выдает небольшие вспышки, которые затем можно уловить с помощью другого хитроумного изобретения – фотоэлектронного умножителя. Эти вакуумные трубки немного похожи на длинные электрические лампочки, заполненные электроникой. Когда вспышка света попадает на переднюю часть одной из этих вакуумных ламп, она преобразуется в поток электронов (благодаря фотоэлектрическому эффекту, описанному в главе 3), вследствие усиления которого возникает электрический импульс, достаточно мощный для того, чтобы его можно было измерить с помощью электроники. Фотоэлектронные умножители должны были стать глазами эксперимента[205]. Как вы можете видеть, здесь требовались знания не только физики, но также химии и электроники.

Команда попыталась разработать полностью электронный метод измерения. Больше не было необходимости анализировать миллионы фотографий, как в облачной или пузырьковой камере. Если нейтрино действительно провзаимодействуют в жидком сцинтилляторе, трубки уловят определенную последовательность вспышек и отобразят их в виде вспышек на осциллографе[206]. Время между импульсами подтвердило бы присутствие нейтрино.

Недостаток электронных измерений заключался в том, что сами ученые были несколько отстранены от происходящего в эксперименте. Сложно интуитивно понять данные, когда все, на что нужно смотреть, – это несколько вспышек. Любая вспышка гамма-излучения в детекторе с последующей случайной вспышкой через пять микросекунд может обмануть физиков, заставив их думать, что они видели нейтрино. Надо было убедиться, что этого не произойдет, но был только один способ сделать это: удалить все другие возможные источники радиации из окружающей среды. Теперь началась по-настоящему тяжелая работа.

Рабочее место Райнеса и Коуэна представляло собой похожее на склад здание, изолированное и неотапливаемое. Постоянно прибывали грузовики с деталями для эксперимента, а коробки забивали помещение так, что чуть ли не вдвое превышали рост физиков. Команда потратила месяцы на тестирование различных смесей сцинтиллятора и измерение отклика фотоэлектронного умножителя, чтобы убедиться, что электроника исправна. Зимой отсутствие отопления тоже оказалось некстати, так как температура жидкости для сцинтиллятора должна поддерживаться выше 16 градусов по Цельсию, чтобы жидкость не мутнела и не портила эксперимент. Команда установила электрические обогреватели, чтобы поддерживать необходимую температуру своих реагентов, но обеспечить тепло для себя им не позволяли счета за электричество.

Первая версия детектора собралась в прототип, получивший название «Эль Монстро». Когда все, казалось, работало, команда построила второй детектор, который назвала «Герр Ауге», или «Мистер Глаз». Это были уже далеко не литровые детекторы: теперь объем емкости составлял 300 литров, и ее окружали 90 фотоэлектронных умножителей.

Затем команда приступила к титанической задаче устранения источников излучения, которые производили случайные гамма-лучи в детекторе. Некоторые источники были очевидны и предсказуемы: нейтроны, исходящие из ядерного реактора, можно было блокировать толстым слоем парафина. На эту защиту не было потрачено практически ничего: команда изготовила парафиновые блоки самостоятельно, расчистив снег снаружи здания и отливая каждый блок вручную, чтобы затем отправить его к реактору.

Другие источники радиации удалить было труднее, поскольку «Герр Ауге» улавливал излучение, которого не улавливали счетчики Гейгера и другие приборы. «Герр Ауге» оказался лучшим детектором гамма-лучей, который когда-либо существовал. Он был настолько чувствителен, что ученые даже решили спустить в него нескольких членов команды, чтобы посмотреть, обнаруживает ли детектор излучение от человеческого тела. В результате была обнаружена легко детектируемая скорость счета, обусловленная содержанием небольшого количества радиоактивного калия-40 в организме их секретаря и коллег[207]. Такая чувствительность была команде на руку: они поняли, что детектор может помочь в построении самого себя.

Перед постройкой каждой новой детали они помещали ее в «Герр Ауге» для измерения уровня радиоактивности. Латунь и алюминий оказались радиоактивнее железа и стали. Даже калий в стекле фотоэлектронного умножителя вносил свой вклад в фоновый шум. В физической структуре детектора были обнаружены некоторые радиоактивные компоненты, которые пришлось разобрать и заменить. В каждом случае команда кропотливо заменяла любой материал, производящий фоновый шум. Это может показаться крайним уровнем совершенства, но ученым нужно было быть уверенными в источнике буквально каждой вспышки фотона в их детекторе, и, как оказалось, таких источников было много.

После нескольких месяцев работы все было готово. Детектор перевезли и установили рядом с ядерным реактором в Хэнфорде, штат Вашингтон. Затем физики стали ждать. Они знали, что не будет никакого «Ага!» – только постепенное накопление отдельных событий, которые они проанализируют, когда соберут достаточно данных. В течение нескольких месяцев члены команды сменяли друг друга, ожидая и наблюдая, пока их система бесшумно работала в своем сильно экранированном корпусе.

Когда команда перегруппировалась и проанализировала данные, были замечены какие-то вспышки света, соответствующие нейтрино. Соблазнительные результаты, но еще не убедительные. В данных все еще было слишком много шума, чтобы можно было объявить об открытии. Шум исходил не от искусственного излучения или материалов детектора, а от космических лучей. Столько работы проделано по снижению излучения, но оставалось устранить последний источник… Был только один возможный способ защитить свой эксперимент от излучения,