Atomaltı Dünya’nın keşfine adanmış bir hayat: Murray Gell-Mann

Geçtiğimiz Mayıs ayında, 89 yaşında hayata gözlerini yuman Murray Gell-Mann için 20. yüzyılında en parlak parçacık fizikçilerinden biri demek abartılı olmaz. Çalışmalarıyla maddenin temel yapı taşlarına dair döneminin kavrayışını yeni bir boyuta taşıyan Gell-Mann, bugün parçacık fiziğinin ‘standart model’i diye adlandırılan fiziksel kuramlar bütününün temellerinin oluşturulmasında da en büyük katkısı olan isimlerdendir.
soL - Bilim ve Aydınlanma / Maddenin Temel Hareketleri
Perşembe, 20 Haziran 2019 09:49

Murray Gell-Mann, bugün Ukrayna sınırları içerisinde yer alan Chernivtsi’den ABD’ye göçmüş Yahudi bir ailenin çocuğu olarak, 1929 yılında New York kentinde dünyaya geldi. Bir çocuk dahi olan Murray, ailesinin ekonomik gücünün çok ötesinde olan ve ancak elitlerin gidebildiği Columbia Grammar lisesinden tam burs kazandığında henüz 8 yaşındaydı. Lise eğitimini tamamlayıp Yale Üniversitesi’ne kabul edildiğin de ise yaşı sadece 14’tü.

Murray genç yaşlarından itibaren dil biliminden tarihe, tarihten evrimsel biyolojiye kadar geniş yelpazede konulara ilgi duyuyordu. Gelecekte de koruyacağı bu çok yönlülük, hangi alanda eğitim alacağına karar vermesini zorlaştırmıştı. Aklında arkeoloji eğitimi almak ağır basıyordu; oysa babası, geleceğini ekonomik olarak güvence altına almak adına oğlunun mühendislik okumasını istiyordu. Bu anlaşmazlık, baba oğulun fizik eğitimi üzerinde uzlaşmasıyla son buldu. Böylelikle genç Murray fizik dünyasına ilk adımını atmış oldu.

ATOM ALTI DÜNYANIN 'HAYVANAT BAHÇESİ'

1948 yılında Yale Üniversitesi’nden lisans derecesini ve 1951 yılında ise MIT’den doktora derecesini aldı. Araştırmalarını bir süre Princeton ve Chicago Üniversiteleri’nde sürdürdükten sonra 1955 yılında Kaliforniya Teknoloji Üniversitesi’ne (CalTech) geçti ve sonraki yıl fizik profesörlüğü ünvanını aldı.

1950’li yıllar deneysel parçacık fiziği için oldukça verimli bir dönemi temsil eder. Parçacık hızlandırıcılarında yüklü parçacıkların çarpıştırılmasıyla gerçekleştirilen art arda deneyler, çok sayıda yeni parçacığın keşfiyle sonuçlanmıştı. Öyle ki, 1950’lerin ortalarında bir düzine parçacık biliniyorken, sonlarına doğru bu sayı yüze dayanmıştı. Parçacık sayısının bu derece fazlalığı fizikçilerin tabiriyle bir “hayvanat bahçesi”ni andırıyordu. Dahası bu parçacıkların nasıl sınıflandırılacağı meselesi tam bir muammaydı.

1961 yılında Gell-Mann ve İsrailli fizikçi Yuval Ne’eman birbirlerinden bağımsız olarak bu parçacıklar kaosunu düzene sokmanın bir yolunu ileri sürdüler. SU(3) ismiyle bilinen matematiksel simetri ilkelerine dayanarak bu atomaltı parçacıkları gruplara ayırdılar. Bu gruplar  arasında sekiz parçacık  içerenlerden esinlenen Gel-Mann, Budizm’deki ‘sekiz aşamalı yüce yol’ kavramından esinlenerek bu yönteme “sekiz aşamalı yol” (eightfold way) ismini verdi.

KUARKLARIN KEŞFİNE DOĞRU

Bu yeni yöntem hali hazırda bilinen parçacıkları ve onların etkileşimlerini ifade etmede son derece başarılı olmasının yanı sıra, o zamana kadar varlığı bilinmeyen yeni parçacıkların keşfine de kapı araladı: Kuarklar.

Bilindiği üzere atomlar, proton ve nötronlardan oluşan pozitif yüklü bir çekirdek ile onun etrafını saran negatif yüklü elektronlardan meydana gelir. 1950’li yılların fizik dünyasında atom çekirdeğini meydana getiren proton ve nötronlar temel parçacık kabul ediliyordu. Bunun anlamı ölçek ne kadar küçültülürse küçültülsün bu parçacıkları meydana getiren daha temel alt bileşenlerin bulunamayacağıdır.

1964 yılında Gell-Mann ve George Zweig birbirlerinde bağımsız olarak yaptıkları çalışmalara dayanarak, proton ve nötronların da aslında başka yapı taşlarından meydana geldiğini kuramsal olarak ortaya koydular. Gell-Mann, bu yeni temel parçacıklara, çocukluk döneminde okuduğu James Joyce’un ‘Finnegans Wake’ isimli romanında geçen “Muster Mark için üç kuark” cümlesinden esinlenerek ‘kuark’ ismi verdi.

Ancak devrim niteliğindeki bilimsel keşiflerin hemen hepsinde olduğu gibi kuarkların varlığının bilim dünyası tarafından kabul edilmesi de bir anda olmadı. Murray Gell-Mann 1969’da “temel parçacıklar ve etkileşimlerinin sınıflandırılmasına yönelik katkıları ve keşifleri” nedeniyle Nobel Fizik Ödülü’ne layık görüldüğünde, hala kuarkların varlığının tam anlamıyla kabul görmüş olduğu söylenemezdi. Nobel Ödülü’ne layık görülmesinde kuarkların adı da hiç geçmemiştir. Bunda kuarkların doğada yalnız başlarına gözlemlenememesinin de etkisi vardır elbette.

Ancak 1968’de SLAC hızlandırıcısında gerçekleştirilen “derin elastik olmayan saçılım deneyleri” ve sonrasında gerçekleştirilen çok sayıda deneyden elde edilen sonuçlar, kuarkların varlığını - güçlü şekilde destekledi. Bugün doğada, farklı kombinasyonlarla bir araya gelerek, proton ve nötronun da aralarında bulunduğu daha ağır parçacıkları meydana getiren 6 tip kuark olduğunu biliyoruz.

20. YÜZYILIN MENDELEYEV'İ

Gell-Mann için bilim dünyasında sıklıkla ‘20. Yüzyılın Mendeleyev’i’ yorumu yapılır. Tıpkı Rus kimyacı Dimitri Mendeleyev’in 1960’ların sonunda kimyasal elementleri sınıflandırmak için periyodik tabloyu geliştirmesi gibi, Gell-Mann da atom altı parçacıkların periyodik tablosunu oluşturmuştur. Dahası, bu geliştirdiği sistem ona maddenin temel yapı taşlarının keşfine giden yolu açmıştır.

Tabii, bu başarıları tek bir kişiye atfetmenin pek de adil olmadığını belirtmek gerekir. Gell-Mann’la eş zamanlı olarak kuark fikrini ortaya atan George Zweig, deneysel verileri anlamlandırarak kuarklara dair güçlü kanıtları ortaya çıkartan James Bjorken ve ‘Sekiz Aşamalı Yol’u yine Gell-Mann’la eş zamanlı olarak keşfeden Yuval Ne’eman’ın başarıları Gell-Mann’ın gölgesinde kalmıştır. Adı geçen bilim insanlarından hiçbiri 1969’da Gell-Mann’la birlikte Nobel Ödülü’ne layık görülmemişlerdir. Bilim tarihinde benzerlerine sıkça rastladığımız bu duruma karşı, Gell-Mann’ın yanı sıra bu bilim insanlarının adlarını da anmak önemlidir.

Gell-Mann, akademik hayatının son dönemlerinde kuramsal fiziğin matematiksel ilkelerini farklı alanlara uygulamaya dönük çalışmalara yönelmiş ve 1996 yılında kurulan, karmaşık sistemler üzerine disiplinler arası çalışmaların yürütüldüğü Santa Fe Enstitüsü’nün kurucuları arasında yer almıştır. Burada basitlik, karmaşıklık, düzenlilik ve rastgelelik arasında bağlantılar üzerine çalışmalara odaklanmıştır.

ABD ORDUSUNUN SAVUNMA DANIŞMANI

Hayatı boyunca yaptığı çalışmalar neticesinde Gell-Mann Nobel Ödülü’ne ek olarak dünyaca saygın pek çok ödüle layık görülmüştür. Bunların arasında, Dannie Heineman Matematiksel Fizik Ödülü (1959), Atom Enerjisi Kurumu Ernest O. Lawrence Ödülü (1966), Franklin Enstitüsü tarafından verilen Franklin Madalyası (1967), Amerikan Ulusal Bilimler Akademisi John J. Carty Madalyası (1968) ve Albert Einstein Madalyası (2005) sayılabilir.

Fizik alanında yaptığı çalışmaların yanı sıra Gell-Mann, 1960’lı yıllarda alanında uzman bilim insanlarından oluşan ve ABD silahlı kuvvetlerine savunma konularında danışmanlık yapmakla görevli olan JASON grubunda yer almıştır. Burada anti-balistik misil savunma sistemleri konusunda incelemeler yürüten Gell-Mann, ABD ve Sovyetler’de bu sistemlerin kurulmasına, olası bir krizde karşı tarafı ilk saldırıda bulunmaya teşvik ederek nükleer savaşı kışkırtacağı gerekçesiyle karşı çıkmıştır. Görüşlerini ABD ve Sovyet temsilcilerinin de katılımıyla 1964’te Hindistan’da gerçekleştirilen Pugwash konferansında açıklamıştır. Gel-Mann aynı zamanda 1968-1972 yılları arasında Nixon’ın başkanlık bilimsel danışma komitesinde, 1993-2000 yılları arasında da Bill Clinton’ın bilim ve teknoloji danışma komitesinde yer almıştır.

Kaynaklar:

https://www.theguardian.com/science/2019/jun/02/murray-gell-mann-obituary

https://www.nytimes.com/2019/05/28/opinion/gell-mann-physics.html

https://www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library/oral-histories/31110

https://www.britannica.com/topic/Eightfold-Way