Gluon’un Keşfi

1964 yılında kuarklar önerildikten sonra ^[1,2] bazı sorular bilim insanlarını meşgul etmeye başlamıştı. Mesela neden tek başına kuarklar gözlemlenemiyordu? Bu kuarklar protonun içine hapsolmuş tamam ama bunları bağlayan bir kuvvet yok muydu? Cevap güçlü kuvvet ise kuantum alan teorisine göre ortada bu kuvveti taşıyan bir parçacık olmalıydı. Bir yandan tüm bu sorulara paralel, güçlü kuvveti ve kuark etkileşimlerini matematiksel olarak ifade edebilmek ve bir yandan protonu amansızca parçalayan ‘derin saçılma’ deneylerinden gelen veriyi açıklamak için teorik fizikçiler büyük bir uğraş içindeydi.

1970 ve ortalarına gelindiğinde Harald Fritzsch, Gell-Mann ve Heinrich Leutwyler Kuantum Renk Dinamiği’nin (QCD) temellerini attılar ^[3]. Bu teori ile birlikte güçlü kuvvet ve kuark etkileşimleri açıklanabiliyordu. Dahası kuramın ön gördüğü süreçler ve etkileşimler hesaplanabiliyordu. Yapılan hesaplamalar deneysel fizikçiler için önemli bir noktaydı çünkü bu sayede gluon veya doğada bilmediğimiz başka etkileşimler veya başka parçacıklar keşfedilebilirdi. Nitekim 1976 yılında John Ellis, CERN’deki yemekhaneden (bugünkü ismiyle R1) ofisine giderken yolda gluon keşfi için deneylerde aranacak şu etkileşimi düşünür ^[4] :

Bu etkileşimde elektron-pozitron çarpışıyor ve çıkan enerji ile bir kuark-anti kuark çifti oluşuyor. Ardından kuarklardan birisi gluon ışıması yapıyor. Daha sonra bu 3 arkadaş başka parçacıklara dönüşüp (yani hadronlaşarak) dedektörde (yani son durumda) 3 tane jet oluşturuyor. Jetleri bir fışkiye gibi düşününebilirsiniz. İçinde bir sürü parçacıklar barındıran ama hepsinin aynı bir koninin içinde seyahat ettikleri bir durum.  

Daha sonra John Ellis arkadaşları ile QCD hesaplarına başlar ve gerçekten de bu 3-jetli sürecin parçacık hızlandırıcılarında görülebileceğini söylerler. Ardından John Ellis DESY’e ^[5] giderek ordaki deneysel fizikçilere öngörüsünü anlatır, sunumlar verir. Tabi o sırada DESY’de PETRA isminde elektron-pozitron hızlandırıcısı ve etrafında konumlanmış 4 deneyi vardır. John Ellis ve arkadaşlarının önerilerini dikkate alarak başlarlar gluonu aramaya. Nihayet 1979 yılının Ağustos ayında ilk olarak TASSO deneyi, ardından diğer 3 deney birbirinden bağımsız olarak gluon keşfini duyururlar. 

DESY'deki TASSO deneyinden 3-jet olayı ^[6]

Gluonun keşfi güçlü kuvvetin teorisi olan ‘’Kuantum Renk Dinamiği’’ (QCD) için önemli bir kilometre taşıydı. İlerleyen yıllarda QCD sayesinde proton yapısı ve güçlü kuvvet daha detaylı araştırıldı, bir çok keşif yapıldı. Bunlardan en ünlüsü 2012 yılında CERN’de ^[7] bulunan Higgs bozonuydu. Halen daha araştırmaya, evrenimizi ve tabii olduğumuz fizik yasalarını daha iyi anlamaya çalışıyoruz.

Referanslar
[1] M. Gell-Mann, A Schematic Model of Baryons and Mesons Phys. Lett. 8, 214
[2] G.  Zweig, An SU(3) model for strong interaction symmetry and its breaking, versions 1 and 2 , CERN-TH-401, CERN-TH-410 (1964)
[3] H. Fritzsch, M. Gell-Mann and H. Leutwyler, Advantages  of  the  Color  Octet Gluon Picture , Phys. Lett. B 47, 365 (1973)
[4] The Discovery of Gluon, John Ellis [arXiv:1409.4232]
[5] http://www.desy.de/
[6] R. Brandelik et al. (TASSO collaboration) (1979). "Evidence for Planar Events in e+e− Annihilation at High Energies". Physics Letters B 86 (2): 243–249.
[7] http://home.cern/about
[8] Kapak gorseli : http://i.livescience.com/images/i/000/017/486/original/quark-gluon-plasma.jpg?1308851475