«Всё приходит к тому, кто умеет ждать»

Когда в 1895 г. Альфред Нобель завещал выплачивать ежегодные премии лицам, внесшим наибольший вклад в прогресс человечества, он распорядился, что пятой частью суммы будет вознаграждаться открытие, сделанное в минувшем году в области физики. Но вскоре стало ясно, что это условие невыполнимо: человечество не способно постичь всю значимость революционных открытий в физике за один год. Как пошутил в одном интервью нобелевский лауреат Джек Стейнбергер, «чтобы быть награжденным Нобелевской премией, недостаточно сделать открытие – нужно еще долго пожить…». Все основания для таких слов были и у имеющего еврейско-белорусские корни нобелевского лауреата Фредерика Райнеса – выдающегося американского физика-экспериментатора, основоположника экспериментальной физики нейтрино и нейтринной астрономии, «отца физики нейтрино». Своего «Нобеля» он ждал половину жизни, получив премию лишь через 40 лет после своего великого научного открытия.

Фредерик Райнес родился 16 марта 1918 г. в Патерсоне, штат Нью-Джерси (США). В своей автобиографии, написанной для сайта Нобелевского комитета, он указал, что оба его родителя были «родом из одного и того же маленького городка в Российской империи». Позже выяснилось, что «городком» этим был Белосток в Гродненской губернии, входивший в начале XX в. в состав Российской империи. Но познакомились и поженились его родители уже в Нью-Йорке, куда отец Райнеса, Израиль, приехал в 1904 г., а мать – Гасси Коэн – двумя годами позже.

Как вспоминал Фредерик Райнес, его отец был мастером на все руки и хорошо разбирался в устройстве различных механизмов. Перед Первой мировой войной он работал ткачом, после открыл шелкопрядильную фабрику, а перееxав в маленький городок Хилбурн в штате Нью-Йорк, стал владельцем универсального магазина. По отцовской линии Фред доводился внучатым племянником известному в Беларуси и Литве раввину Исааку Якову Райнесу (уроженцy пинского предместья Каролин) – одному из основателей религиозного движения «Мизрахи».

 

Как стать неординарным

Фредерик был младшим из четырех детей семьи Райнесов. Он всегда любил что-либо мастерить, хотя с детских лет одним из главных его увлечений былa музыка, и особенно пение. Интерес же к науке, как отмечал сам Райнес, впервые проявился у него от скуки на занятиях в религиозной школе. Глядя на закат за окном сквозь ладонь, сложенную наподобие подзорной трубы, он заинтересовался необычными свойствами солнечного света, вызванными явлением дифракции. Примечательно, что много лет спустя его магистерская диссертация была посвящена тому самому физическому явлению, в детстве пробудившему у него интерес к науке.

В доме Райнесов всегда было много книг, но их тематика не была связана с физикой, а ориентировалась преимущественно на интересы старших детей – сестры и двух братьев, изучавших юриспруденцию и медицину. В старших классах интересы Фреда всё более концентрировались на точных науках. Его наставник по естественным наукaм обратил внимание на этот возросший интерес ученика и доверил ему ключ от школьной лаборатории, чтобы Фред мог заниматься там, когда захочется. Вскоре, заполняя анкету школьного ежегодника, на вопрос о своей главной мечте Фред написал: «Стать неординарным физиком».

 

Секреты Лос-Аламоса

В 1944 г. Райнес стал участником сверхсекретного Манхэттенского проекта по созданию первой атомной бомбы. Его руководителем был будущий лауреат Нобелевской премии, один из известнейших в мире физиков Ричард Ф. Фейнман, также сын уроженца Беларуси. Райнес анализировал первый в истории ядерный взрыв в Аламогордо, мощность взрыва бомбы над Хиросимой, результаты испытаний ядерных и термоядерных зарядов на атолле Бикини и подземном полигоне в Неваде... Его исследования были направлены на достижение понимания природы различных эффектов, сопровождавших ядерный взрыв. Например, действия воздушной взрывной волны.

 

Неуловимый полтергейст

Участник многих ядерных испытаний, Райнес не раз спрашивал себя, зачем он тратит жизнь на новые способы убийства людей. И летом 1951-го «выбил» наконец для себя творческий отпуск, чтобы подумать не о бомбах, а о фундаментальной физике. Тогда-то 33-летний ученый решился попытаться зарегистрировать нейтрино.

Существование этой элементарной частицы постулировал в 1930 г. Вольфганг Паули, чтобы «спасти» законы сохранения энергии и импульса, якобы нарушающиеся при распаде атомного ядра. А вскоре Энрико Ферми дал ей название «нейтрино». Согласно теории Паули, новая электрически нейтральная частица должна была обладать огромной проникающей способностью и, следовательно, чрезвычайно слабо взаимодействовать с веществом, что затрудняло ее обнаружение. Было, например, подсчитано, что в свинце средняя длина свободного пробега антинейтрино до поглощения составляет 3500 световых лет! Паули не раз сокрушался, что совершил ужасную вещь, «дав жизнь» призрачной частице, которую невозможно зарегистрировать. За нейтрино закрепилась слава неуловимого призрака, так что в шутку ученые ее назвали «полтергейстом». Сам Паули даже заключил пари с коллегой, утверждая, что нейтрино «никогда не будет поймано». В 1934 г. ученый мир вынес вердикт, что не существует реализуемого на практике способа обнаружения нейтрино. Но не прошло и четверти века, как Фредерик Райнес сумел получить первое экспериментальное доказательство существования нейтрино.

 

Охота за призраком

Идея обнаружения неуловимой частицы родилась у Райнеса давно, но только в 1951 г. он смог приступить к ее осуществлению вместе с д-ром Клайдом Коуэном, также сотрудником Лос-Аламосской научной лаборатории и хорошим экспериментатором-электронщиком. Партнерами они стали случайно, разговорившись во время вынужденного простоя неисправного самолета, которым оба должны были лететь.

Первая попытка проведения эксперимента по обнаружению нейтрино («Проект „Полтергейст“») была предпринята Райнесом и Коуэном с небольшой группой сотрудников весной 1953 г. на одном из промышленных реакторов по производству плутония. Эксперимент этот считался крупномасштабным, т. к. установка содержала 300 л жидкого сцинтиллятора, просматриваемого 90 фотомножительными трубками. Трудились круглыми сутками до полного изнеможения. Как оказалось, не зря…

Вдохновленные первыми результатами, Райнес и Коуэн в 1955 г. перенесли свои эксперименты в новый реактор комплекса по производству ядерных материалов «Саванна Ривер» в штате Южная Каролина. Благодаря наличию тут хорошо экранированного помещения, расположенного в 11 м от реактора и на глубине 12 м под землей, условия были идеальными для эксперимента. Обработав полученных данные, ученые пришли к выводу, что возможность регистрации ими частиц, отличных от нейтрино, исключена.

Будучи уверенными в точности полученного результата, первооткрыватели нейтрино Райнес и Коуэн 14 июня 1956 г. отправили в Швейцарию телеграмму лично Паули, сообщая о надежной регистрации теоретически предсказанной им элементарной частицы. На следующий день на научной конференции в Европейском центре ядерных исследований Паули огласил эту телеграмму и, признав себя проигравшим пари о возможности регистрации нейтрино, угостил всех шампанским. И добавил: «Всё приходит к тому, кто умеет ждать».

 

Мистер Нейтрино

Через восемь лет в экспериментах на ускорителях частиц было получено независимое подтверждение открытию Райнеса и Коуэна, положившемy начало экспериментальной физике нейтрино и создавшемy предпосылки для понимания свойств самого нейтрино и использования его в качестве инструмента для изучения микромира и Вселенной.

В 1959 г. Фредерик Райнес покинул Лос-Аламос, чтобы занять должности профессора и декана физического факультета в Технологическом институте Кейса в Кливленде (штат Огайо), где он собрал группу исследователей. Под руководством Райнеса группа провела серию экспериментов в области физики реакторных нейтрино, двойного бета-распада, измерения времени жизни электрона и др. Широкомасштабные нейтринные эксперименты были продолжены после переезда Райнеса в 1966 г. в новый филиал Калифорнийского университета в Ирвайне, торжественно открытый президентом США Л. Джонсоном осенью 1965 г. Здесь профессор Райнес стал деканом-организатором Школы физических наук, а в 1987 г. был удостоен звания заслуженного профессора физики, еще через год получил статус профессора-эмеритуса, но продолжал преподавать вплоть до зимы 1991 г. Как отмечал ректор Калифорнийского университета в Ирвайне, именно разносторонняя научная деятельность Ф. Райнеса, отмеченная впоследствии Нобелевской премией, позволила этому вузу стать одним из ведущих исследовательских университетов в Америке.

Фредерик Райнес до конца жизни оставался неутомимым исследователем. Он мог на долгие часы закрыться на ключ в своем кабинете, чтобы поработать над особенно сложными физическими проблемами. Не раз он брался за внушительные и трудные научные задачи, решение которых другие ученые либо не смогли найти, либо утверждали, что его вовсе не существует. Райнес, который мог найти разгадку самой сложной научной задачи, сумел-таки осуществить свою юношескую мечту – стать неординарным физиком. Одним из эпохальных достижений Райнеса в последние годы его жизни стало открытие нейтрино, испускаемых сверхновой звездой.

Стоит также особо отметить, что жизнь и труд ни одного другого ученого в современной истории физики не были на протяжении столь длительного времени связаны с открытием и исследованием свойств одной-единственной элементарной частицы, как в случае с научной карьерой Фредерика Райнеса. Не удивительно, что среди коллег-ученых он получил прозвище Мистер Нейтрино.

 

Поющий физик

Не только физика, но и музыка, в частности пение, были большой любовью Райнеса на протяжении всей его жизни. Еще во время учебы в Технологическом институте он с удовольствием занимался в хоре, где исполнял сольные партии из различных произведений, в том числе знаменитую ораторию «Мессия» Генделя. Его голос (баритон) и музыкальный слух были столь высоко оценены руководителем хора, что по совету последнего Фред стал брать уроки у известного преподавателя пения из ведущего оперного театра США – Метрополитэн-опера в Нью-Йорке. Будучи студентом, он не мог оплачивать эти уроки, поэтому маэстро давал иx ему бесплатно.

Увлечение пением было столь сильным, что Фред даже подумывал стать профессиональным певцом. Интерес к музыке, театральному искусству и поэзии, который сформировался у него в школьные и студенческие годы, сохранился на всю жизнь. Будучи уже известным физиком и работая в научно-исследовательской лаборатории в Лос-Аламосe, Райнес выступал с местным театральным обществом, играл главные роли в спектаклях, участвовал в постановках оперетт, исполнял сольные партии с городским хором. Пик его музыкальных увлечений пришелся на время, когда Райнес жил и работал в Кливленде, где он выступал с профессиональным хором Кливлендского симфонического оркестра.

 

Полжизни в ожидании «Нобеля»

Начиная с 1957 г., на протяжении почти 40 лет, выдающуюся пару физиков Райнес–Коуэн едва ли не ежегодно выдвигали на Нобелевскую премию. Но все эти годы суть их открытия была не до конца понятна членам Нобелевского комитета. Только в 1995 г. было объявлено о присуждении Фредерику Райнесу Нобелевской премии по физике за основополагающие эксперименты по регистрации нейтрино, изменившие мир физики (соавтор этого открытия Коуэн не дожил до ее присуждения). Премиальную сумму 1 млн долл. Фредерик Райнес разделил с профессором Стэнфордского линейного ускорительного центра Мартином Перлом (также сыном уроженца Беларуси), удостоенным в том же году «Нобеля» за открытие τ-лептона. Вероятно, это единственный случай в истории присуждения Нобелевских премий в XX в., когда в одном и том же году самую престижную в мире награду разделили между собой двое ученых – потомков еврейских уроженцев белорусской земли.

Жизненный путь Фредерика Райнеса оборвался поздним вечером 26 августа 1998 г. в Медицинском центре Калифорнийского университета, на территории кампуса которого он жил. Причиной смерти стало обострение болезни Паркинсона, которой ученый страдал в последние годы жизни. Ему было 80. За год до его кончины, 12 мая 1997 г., один из физических корпусов Калифорнийского университета в Ирвайне, в котором размещается деканат факультета физики и астрономии, был торжественно переименован во Фредерик-Райнес-холл в знак признания выдающейся карьеры и научных достижений профессора Райнеса.

 

Настасья КОСТЮКОВИЧ