Макгилл Понтекорво играл ведущую роль в проектировании самого продвинутого на то время ядерного реактора – NRX (Nuclear Reactor X) в Чок-Ривер, провинция Онтарио, работавшего на тяжелой воде.
В ходе своей яркой и полной разнообразной анекдотов лекции «Детство и юность нейтринной физики», которую Понтекорво прочел в Париже в 1982 году, он вспоминал, как в середине 1940-х предполагал, что «появление мощных ядерных реакторов превратит процесс обнаружения свободных нейтрино в достаточно респектабельное занятие». В мае 1945 года, за несколько месяцев до первого ядерного испытания «Тринити» в пустыне штата Нью-Мексико, он предложил первый экспериментальный метод выявления нейтрино в техническом отчете для лаборатории Чок-Ривер106107. Этот отчет оставался под грифом секретности в течение четырех лет, возможно, из-за того, что в нем несколько раз использовалось слово pile – служившее, как мы помним, названием ядерного реактора Ферми108.
Базовая идея Понтекорво состояла в том, что если бомбардировать раствор некого специально подобранного вещества множеством нейтрино, которые могут вступать в процесс обратного бета-распада с исчезающе малой долей растворенных ядер и превращать их в новую, радиоактивную субстанцию, то затем эту субстанцию можно было бы выделить из раствора и измерить ее количество. Каждое ядро, подвергшееся трансмутации, представляло бы собой продукт обратного бета-распада и, таким образом, служило бы четким индикатором смерти свободного нейтрино. Изучая один за другим все известные радиоизотопы, Понтекорво обнаружил, что «почти идеальным» для его целей могло служить ядро хлора109, поскольку оно бы превратилось в ядро радиоизотопа аргона, инертного благородного газа, который затем можно было бы легко отделить. Еще одним преимуществом этого изотопа было то, что он обладал сравнительно длинным, 35-дневным периодом полураспада (то есть возвращения в форму обычного хлора при позитронном бета-распаде), то есть его выделение не требовало особой спешки: это можно было делать через определенные промежутки времени и измерять количество, появившееся со времени предыдущей сепарации, с помощью счетчика Гейгера.
В своем отчете, который позже станет легендарным, Понтекорво размышлял о трех потенциальных источниках нейтрино – «мощном реакторе [вариант, которой он сам считал наиболее перспективным], концентрате радиоэлементов, извлеченных из реактора, и… Солнце»110.
В 1939 году Ханс Бете, один из двух ученых, ранее выдвинувших предположение о том, что выявить нейтрино будет невозможно, создал общую теорию формирования энергии в звездах, согласно которой Солнце могло считаться невероятно ярким источником нейтрино111. Если говорить коротко, то все звезды получают энергию путем ядерного синтеза, маленькие ядра – в основном отдельные протоны и альфа-частицы – связываются вместе, образуя более крупные ядра, и практически каждый шаг этого цикла создает нейтрино (как заметил теоретик в области солнечных нейтрино Джон Бакал, «те же ядерные реакции, которые создают