Egy évszázaddal ezelőtt a fizikusok még sok olyan részecske létezését, amelyet mára már megfigyelések is alátámasztanak, még csak sejteni vélték. A megfigyelésükhöz szükséges eszközök nem álltak a rendelkezésre, így egy-egy teória bizonyítása nagy nehézségekbe ütközött. Ez volt a helyzet azzal a tünékeny, sőt, láthatatlan és észlelhetetlen jelenséggel is, amelynek létezését Wolfgang Pauli, osztrák elméleti fizikus vetette fel 1930-ban.

Pauli neutronnak nevezte a részecskét, követve az addig ismert és elfogadott két atomi építőelem, az elektron és proton névadási hagyományait. A neutron jelenléte megmagyarázta azt az ellentmondást, amely egészen addig sok fejtörést okozott a tudósok számára, vagyis hogy a béta-bomlás során, az energiamegmaradás törvényének látszólag ellentmondó módon, a radioaktív atommag által kibocsátott elektronok energiája nem mindig egyezett az elvárt energiamennyiséggel. Ha viszont egy harmadik elem is részt vesz a folyamatban, az hordozhatja a hiányzó energiát. A hipotetikus részecske nem rendelkezik töltéssel, a tömege pedig elhanyagolható nagyságú, így szabad mozgása közben nagyon ritkán lép interakcióba a környezetével, Pauli feltételezése szerint akár egy tíz centiméteres ólomfalon is gond nélkül, észrevétlenül haladt volna át.

Mint ahogy azóta kiderült, nem csak egy ólomfalon, hanem lényegében bármilyen anyagon keresztülrepülnek a neutrínók, köztük az emberi testen is, méghozzá rendkívül nagy mennyiségben: egy másodperc alatt százmilliárd halad át egy négyzetcentiméternyi felületen, éjjel-nappal, megállás nélkül. Miután James Chadwick 1932-ben felfedezte a 'másik neutront', azt az elemi részecskét, amelyet ma neutronként ismerünk, a szellemrészecskének új nevet kellett találni. Enrico Fermi, olasz fizikus volt az, aki olasz kicsinyítőképzővel neutrínónak, semlegeskének hívta először ezt az elektromosan semleges testet és hamarosan, annak ellenére, hogy csak egy megjósolt jelenségnek indult, tudományos körökben elfogadottá vált a jelenléte. Egyetlen probléma akadt csak a neutrínóval: teljesen lehetetlennek tűnt a megfigyelése, így a létezését sem tudták mérésekkel bizonyítani. Ezt maga Pauli is elismerte és egy Caltechen tett látogatás alkalmával kijelentette:

"Rettenetes dolgot műveltem. Olyan részecske létezését feltételeztem, amelyet nem lehet detektálni."

A fizikus olyannyira hitt abban, hogy a szellemrészecske valóban csak szellem marad, hogy egy láda pezsgőben fogadott arra, hogy senkinek sem sikerül majd megfigyelni a jelenséget. Pauli, ha a neutrínót nem is, de ezt rosszul jósolta meg, mikor pedig 1956-ban a CERN-nél egy konferencia közben kézhez kapta a telegrammot, amelyben közölték vele tévedése hírét, a barátaival pezsgőt bontott az ünnepléshez. A telegram feladója Frederick Reines és Clyde Cowan voltak, akik a dél-karolinai Savannah River Erőműben '56 tavaszán hosszas előkészületek után végül első ízben sikeresen detektálták a láthatatlan részecskéket egy akkoriban meglehetősen nagyszabásúnak számító kísérletben, melynek során a reaktor magjától 11 méterre, 12 méterrel föld alatt, egy folyékony szcintillátorba helyezett 90 fotoelektron-sokszorozó (a sokszorozót még korábban Bay Zoltán fejlesztette ki) segítségével folytatták le a méréseket és következtettek a neutrínók jelenlétére.

A savannah-i erőmű azonban csak a sokadik volt azoknak a helyszínének a sorában, melyeket a tudósok számba vettek a kísérlet tervezésekor, az első ötlet, amely 1951-ben felmerült Reinesben Nevadában valósult volna meg, méghozzá a frissen megnyílt teszthelyszínen, ahol 1951. január 27-én robbantották fel ABLE-t, az első egy kilotonnás bombát, melyet később még 927 további követett. A hely, melyre egy ideig még a közeli Las Vegas extrém szórakozásra éhes turizmusa is épített, ideálisnak ígérkezett a Project Poltergeist beindításához, mivel egy atombomba olyan intenzív neutrínó kilövelléssel jár, hogy a közelében elhelyezett detektor könnyedén felfedheti a rejtőzködő részecskék érkezését. A fizikus, aki részt vett a Manhattan Projektben és vezette az Eniwetok-atollnál megvalósított Operation Greenhouse-t is, saját bevallása szerint, melyet a Nobel beszédében részletezett évtizedekkel később, hónapokig rágódott azon, hogyan lehetne megfelelő detektort építeni a Pauli által lehetetlennek ítélt feladat megvalósításhoz.

Egy napon bekopogott Enrico Fermi los alamosi irodájába, aki egyetértett vele abban, hogy a bomba lenne a legjobb neutrínó forrás, azonban abban ő sem tudott segítséget nyújtani, hogy milyen módon lehetne egy elég nagy detektort létrehozni. Reines ezután fordult Clyde Cowanhez, aki az együttműködés felvetésére azonnal igent mondott és közösen belekezdtek a kísérlet megtervezésébe.

"Miért akartunk egy szabad neutrínót megfigyelni? Mert mindenki azt mondta, hogy nem lehet megcsinálni.

Nem valami okos dolog, de vonzott minket a kihívás. Végülis volt egy bombánk, ami kitűnő, intenzív neutrínó forrást jelentett." - írta le a fizikus a kezdeteket.

A bomba, melyet felhasználtak volna a tesztekhez, nagyobb lett volna, mint a Hirosimára dobott 15 kilotonnás Little Boy, 20 kilotonnával számoltak a fizikusok, mely elegendő energia felszabadításával járt volna a megfigyelések elvégzéséhez. A robbantás helyszínétől 40 méterre a föld alatt elhelyezett El Monstro detektor egy tollakkal és habszivaccsal kipárnázott vákuumtankban felfüggesztve várta volna a sorsát, majd a lökéshullám indulásával egy időben szabadesésben hullott volna a tartály aljára, majd ott gyűjtötte volna az adatokat a tűzlabda megszűnéséig.

"Az ötlet, hogy egy ilyen érzékeny detektort az ember által létrehozott legerőteljesebb robbanás közvetlen közelében működtessünk, valahogy bizzarnak tűnt, de dolgoztunk már bombákkal és úgy éreztük, meg tudjuk tervezni az alkalmas rendszert."

- mondta Reines.

A terv tehát készen állt, a hónapok azonban teltek és az El Monstro nem került Nevadában bevetésre, a húsz kilotonnás bombát pedig végül nem használták a szellemek elfogására. Ennek oka, többek között Hans Bethe volt, aki megkérdezte, hogyan fogják kiszűrni a neutrínók jeleit az egyéb 'zajokból', melyet a robbantás okoz. Mivel ezzel kapcsolatban a fizikusoknak nem volt pontos elképzelése, ezért a kísérletet újratervezték, a Project Poltergeistet pedig először Hanfordban, majd Savannah-ban folytatták.

A kísérlet, noha később sikeresen zárult, de az elején közel sem ígért biztos eredményt, eleinte ugyanis semmilyen jelet nem érzékelt a detektor. A fizikusok feltételezték, hogy ennek oka esetleg a neutrínók instabilitása, ami miatt nem jutnak végig a 11 méteres úton. Akkoriban még annyira sem ismerték a szellemrészecskének természetét, mint ma, így elképzelhető volt az oszcilláció jelenléte. Később azonban beérkeztek az első jelek, Reines pedig negyven évvel ezután, 1995-ben megkapta a fizikai Nobel-díjat (Cowannal együtt, aki akkora már nem élt) a neutrínók észleléséért.

A fizikusok bebizonyították, hogy a lehetetlennek tűnő feladat is kivitelezhető, a vadászat pedig azóta is folyik a szellemrészecskék után, csak immár hatalmas épületekben, melyeket direkt erre a célra építenek. Egyike a legnagyobbaknak a Hyper-Kamiokande lesz Japánban, amelynek segítségével a fizikusok a neutrínók és antineutrínók különbségének vizsgálatával az Egyesített Elmélet felderítésére vállalkoznak majd.

Ez a cikk eredetileg 2021.07.04-én jelent meg a Rakétán.

(Forrás: Nobelprize, Nature Fotó: Wikimedia Commons, Getty Images/Bettman, Flickr/savannah_river_site)

További cikkek a témában:

121 éve a Curie házaspár felfedezte a rádiumot, de valamire nem készülhettek fel A rádium felfedezése hatalmas előrelépés volt az orvostudományban, azonban rövidesen a kóklerek is felbukkantak. Egy üzletember halála pedig alaposan felborzolta a kedélyeket, miután két évig nyakalta a csodatévőnek hitt atomenergia-italt.
Hyper-Kamiokande: a világ legnagyobb neutrínóobszervatóriuma épül fel Japánban Meddig él egy proton? Csak a teóriák világában létezik protonbomlás, vagy a valóságban is? És ha igen, van rá esély, hogy mi is megfigyelhessük? A fizika égető kérdéseit válaszolhatja meg a 2020-as években felépülő hatalmas megaobszervatórium.
Ezért félt még Adolf Hitler is az atombombától Fel lehet-e perzselni egy atombombával a Föld légkörét? - ez a kérdés foglalkoztatta a Manhattan Project tudósait az első kísérleti robbantás előtt.