К счастью, в Саванна-Ривер, ядерном могильнике в Южной Каролине, нашлось свободное место в подвале, и владелец разрешил физикам провести свой эксперимент на глубине 12 метров. К Райнесу и Коуэну присоединились еще несколько коллег из Лос-Аламоса, и все вместе они взялись перестраивать весь детектор.

К концу 1955 года проект «Полтергейст» был официально известен как «Нейтринный эксперимент в Саванна-Ривер». Установка превратилась в трехслойный сверкающий сэндвич с прямоугольными резервуарами, весящими колоссальные 10 тонн. Детектор находился под реактором, окутанный слоями экранирования, в то время как электронные кабели передавали сигналы на трейлер снаружи.

Райнес и Коуэн оставались в Саванна-Ривер около пяти месяцев. Как только химия и электроника были готовы, все свелось просто к тщательному сбору данных, вспышка за вспышкой. Каждый раз, когда хотя бы раз или два раза в час случился «блип-буп» двух вспышек с интервалом в пять микросекунд, ученых переполняла надежда, которая так и шептала: «Нейтрино…»

Ученые были полны решимости убедиться, что им не показалось. Ничто не было оставлено на волю случая. Они протестировали детектор с помощью источника позитронов, чтобы убедиться, что свет, испускаемый позитроном, дает тот самый «блип» на экране, а затем проверяли источник нейтронов, чтобы убедиться, что он дает ожидаемый «буп». Они полностью откачали сцинтилляционную жидкость, повторно откалибровали смесь, чтобы изменить время второй световой вспышки, и это дало желаемый эффект. За все это время они записали данные за 900 часов, когда реактор был включен, и 250 часов, когда он был выключен.

В конечном итоге, чтобы быть полностью уверенными, что они не просто видят фоновые нейтроны от реактора, они привезли грузовики мешков с песком с местной лесопилки и пропитали мешки водой. Один за одним сотрудники притащили их к установке и соорудили вокруг детектора стены толщиной в 1,2 метра. Это обеспечило достаточную дополнительную защиту, чтобы блокировать любые нейтроны реактора. И вот снова эти две заветные вспышки, те самые «блип-буп». Нейтринный сигнал сохранялся.

Момент эврики наступил не в спешке, а в постепенном накоплении данных до тех пор, пока не осталось никаких сомнений. Когда все было суммировано, нейтринных сигналов оказалось в пять раз больше при включенном реакторе по сравнению с тем, когда он был выключен. Команде удалось, несмотря ни на что, разработать систему, которая из 100 триллионов (1014) нейтрино, испускаемых реактором каждую секунду, могла улавливать несколько нейтрино каждый час и измерять их взаимодействие. 25 лет спустя после того, как Паули предсказал существование частицы, которую невозможно обнаружить, Райнес, Коуэн и их команда достигли невозможного.

«Мы рады сообщить вам, что мы определенно обнаружили нейтрино», – написали они в телеграмме к Паули, который тогда прервал совещание в ЦЕРН, на котором он присутствовал, прочитал телеграмму вслух и выступил с импровизированной мини-лекцией. Согласно легенде, позже Паули выпил со своими друзьями целый ящик шампанского, что может объяснить, почему его ответная телеграмма так и не дошла до Райнеса и Коуэна. Телеграмма гласила: «Все приходит вовремя к тому, кто умеет ждать».

Неуловимое нейтрино наконец-то было найдено, а закон сохранения импульса соблюдался даже в самом малом масштабе, объясняя процесс радиоактивного бета-распада. Нейтрино было не просто плодом теоретического воображения, а реальным и осязаемым: неуловимой, нейтральной, легкой частицей, способной беспрепятственно путешествовать в самые глубокие уголки Вселенной. Открытие нейтрино привело к совершенно новым областям исследований.

После первого обнаружения возникало все больше и больше вопросов о нейтрино. Каковы их свойства? Существует только один тип нейтрино или несколько? Они стабильны или имеют ограниченный срок жизни? В ходе каких процессов во Вселенной они появляются? Как и многие эксперименты, которые мы видели, проект «Полтергейст» породил лавину новых вопросов, и со временем на большинство – но не на все – из них были даны ответы. Неуловимое нейтрино оказалось куда важнее, чем считалось ранее. Оно не просто помогло нам понять радиоактивный распад, оно подарило нам новый взгляд на Солнце, сверхновые и происхождение материи.

Растущее значение и богатство этой области исследований можно увидеть по признанию Нобелевского комитета. В области физики нейтрино были присуждены три Нобелевские премии – и все намного позже первоначального эксперимента. Первая премия досталась в 1995 году Райнесу спустя десятилетия после их открытия (Коуэн, к сожалению, скончался тринадцатью годами ранее), вторая – Рэю Дэвису и Масатоси Косибе в 2002 году, а третья – Такааки Кадзите и Артуру Макдональду в 2015 году.

Первоначальный поиск нейтрино был мотивирован загадкой бета-распада, и предположение Паули о нейтрино появилось в 1933 году, всего через год после открытия Чедвиком нейтрона. Теперь мы можем объединить эти идеи, чтобы лучше понять, что происходит в атомном ядре во время бета-распада: нейтрон превращается в протон, изменяя тип элемента и высвобождая электрон (чтобы сбалансировать электрический заряд) и нейтрино[208]. Нейтрино уносит часть энергии в ходе этой реакции, разделяя общую доступную энергию с электроном, именно поэтому энергия электронов была непредсказуемой. Ни электрон, ни нейтрино не существуют до распада. Кусочки головоломки начали складываться воедино. Но тут же второй эксперимент снова сбил физиков с толку…

Когда нейтрино было впервые обнаружено в середине 1950-х годов, физики только начинали понимать, что Солнце – это ядерная печь, вырабатывающая свою энергию посредством цепочек термоядерных реакций, называемых протон-протонным циклом или рр-циклом, в несколько этапов превращающим протоны в гелий[209]. Если теории о Солнце верны, огромное количество нейтрино должно вылетать прямо из Солнца почти со скоростью света, достигая Земли где-то через восемь минут[210].

У радиохимика из Брукхейвена Рэя Дэвиса была фора еще за год до первого нейтринного эксперимента Райнеса и Коуэна. Дэвис не искал вспышки света. Он проверял идею, выдвинутую другим теоретиком, Бруно Понтекорво, который предсказал, что нейтрино, взаимодействуя с атомом хлора, приведет к образованию радиоактивного атома аргона. Дэвис специализировался в области радиохимии: если кому и суждено было найти пару отдельных радиоактивных атомов аргона, так это ему.

Эксперимент Дэвиса по обнаружению нейтрино основывался на использовании огромных емкостей с жидкостью для химчистки – дешевой и легкодоступной, содержащей хлор. Он начал с 3800 литров и постепенно повышал емкость. Несмотря на свое преимущество, Дэвис упустил возможность первым обнаружить нейтрино, потому что ядерные реакторы – и бета – распад – на самом деле производят эквивалент частицы из антивещества, антинейтрино, которое и обнаружили Коуэн и Райнес[211]. Эксперимент Дэвиса, однако, был способен улавливать только «обычный» вид нейтрино. Хотя Коуэн и Райнес опередили его, со временем Дэвис переключил свое внимание на обнаружение нейтрино не от реакторов, а от