Охотники за нейтрино

В 1940 г. Бруно и Марианна поженились. Учитывая, что на родине Понтекорво бушевал антисемитизм, а нацисты вторглись во Францию, супруги были вынуждены бежать в США – как и Ферми, уехавший туда двумя годами ранее. Понтекорво устроился на работу в нефтяную компанию в штате Оклахома. Здесь он сумел применить свой опыт из области ядерной физики при разработке новых технологий для разведки нефти. Несмотря на переезд в США и близкое знакомство с Ферми, Понтекорво не был приглашен к участию в Манхэттенском проекте; вероятно, спецслужбы не доверяли Бруно из-за его социалистических убеждений. Но Понтекорво присоединился к британско-канадскому проекту, связанному с постройкой ядерного реактора на реке Чок-Ривер в канадской провинции Онтарио. Семья Понтекорво переехала в Канаду в 1943 г.

Именно в Канаде Понтекорво заинтересовался нейтрино. Разумеется, он был знаком с теорией своего учителя Ферми о бета-распаде. Согласно этой теории при бета-распаде атом испускает электрон и нейтрино, а один из его нейтронов превращается в протон. Однако, несмотря на царившее тогда убеждение о неуловимости нейтрино, Понтекорво был твердо уверен, что зафиксировать эту частицу все-таки можно, главное – правильно поставить эксперимент. Вероятность фиксации отдельного нейтрино в детекторе очень мала, но Понтекорво полагал, что если бы каждую секунду через детектор пролетали триллионы этих частиц, то хотя бы несколько из них удалось бы поймать. Для проведения такого эксперимента первым делом требовалось отыскать обильный источник нейтрино. Понтекорво знал, что даже очень большой образец радия не дал бы заметного потока нейтрино, образующихся при бета-распаде. Но ядерный реактор, рассуждал Понтекорво, действительно должен ежесекундно извергать триллионы таких частиц. Спустя почти сорок лет он вспоминал: «Как мне казалось [в 1946 г.], после создания мощных ядерных реакторов обнаружить свободные нейтрино станет вполне возможно». Учитывая, как хорошо Понтекорво разбирался в получении ядерной энергии, в этом замечании нет ничего удивительного. Но ученый пошел дальше: он описал, как поймать эти призрачные частицы.

Понтекорво знал, что, согласно теории Ферми, при попадании нейтрино в ядро атома должны произойти два явления. Во-первых, нейтрино подхватывает отрицательный заряд и превращается в электрон. Во-вторых, для сохранения электрического равновесия ядро приобретает положительный заряд. Иными словами, если по атому попадает нейтрино, то этот атом превращается в атом другого элемента, занимающего следующую клетку в таблице Менделеева, так как один из нейтронов в ядре этого атома превращается в протон. Понтекорво догадался, что если этот новый атом окажется радиоактивен, то о его наличии можно будет судить по радиации, которой сопровождается бета-распад. Так Понтекорво разработал практические требования для постановки такого эксперимента. Во-первых, предстояло найти вещество, которое будет обстреливаться нейтрино. Предполагалось, что это вещество будет дешевым и легкодоступным, так как для создания достаточно крупного нейтринного детектора его понадобилось бы довольно много. Во-вторых, веществу-мишени нужно было становиться радиоактивным при поглощении нейтрино. В-третьих, полученный таким образом радиоактивный продукт не должен был распадаться слишком быстро – то есть необходим запас времени на измерения. Учитывая все эти соображения, Понтекорво решил использовать большой резервуар с жидким безводным моющим средством (тетрахлоридом углерода), в котором содержится большое количество атомов хлора. Ученый знал, что, согласно теории Ферми, при столкновении нейтрино с атомом хлора последний должен превратиться в радиоактивный изотоп аргона – химически инертного благородного газа. Последующий распад атома аргона будет означать, что в породивший его атом хлора попал нейтрино. Так Понтекорво изобрел хитроумный способ, позволяющий изловить частицу-полтергейст.

Но Понтекорво было не суждено самому заняться охотой на нейтрино. Он подал документы на получение британского гражданства и в 1948 г. отправился в Англию вместе с женой и тремя сыновьями. Это был его четвертый переезд за 12 лет. Понтекорво успел около двух лет проработать в лаборатории по атомным исследованиям в городе Харвелл близ Оксфорда, после чего ему пришлось переключиться на решение неотложных проблем, не оставлявших никакого времени на разгадывание тайны неуловимых нейтрино. Поскольку Понтекорво не скрывал своих коммунистических убеждений, за ним все пристальнее следили и ФБР, и британская спецслужба МI5. Понтекорво вынуждали прекратить исследовательскую работу в Харвелле и перейти к академической деятельности, поскольку он мог получить доступ к информации о секретных военных разработках.