Tarihçe

1970 yılında, Sheldon Glashow, John Iliopoulos ve Luciano Maiani, dördüncü tip kuarkın Standart Model açısından taşıdığı kritik önemin farkına varır Çünkü bu dördüncü kuarkın varlığı, kuramın; Z0 aracılığıyla gerçekleşen zayıf etkileşimlerden tad değişikliğine yol açmayanları içerip, açanları da içermemesi için şarttır Aynı yıl, Yoichiro Nambu, Leonard Susskind ve Holger Nielsen bağımsız olarak, Veneziano'nun ortaya attığı 'ikili rezonans modeli'nin, relativistik salınımlı sicimlerin kuantum mekaniğine dayandığının farkına varmış ve sicim kuramı araştırmaları başlamıştır
1971-72 yıllarında, Gerardus 't Hooft ve Martinus JGVeltman, Standart Model'in hesaplama tekniklerini geliştirdi Modelin, daha önceleri ancak çok yaklaşık olarak hesaplanabilen öngörüleri, çok daha büyük bir duyarlılıkla hesaplanabilir hale gelmişti 1973 yılında Donald Perkins, Standart Model'in öngörülerinden birinden esinlenerek, eski CERN verilerinden bazılarını incelemiş ve Z0'ın aracılık ettiği, yük değişimi içermeyen zayıf etkileşimin izlerine rastlamıştı Harald Fritzsch ve Murray Gell-Mann'ın önerileri doğrultusunda aynı yıl, güçlü etkileşimin 'kuantum alan kuramı' formüllendirilir Artık Standart Model'in bir parçası haline gelmiş olan bu kurama, yapı olarak 'kuantum elektrodinamiği'ne (QED) benzediğinden ve fakat güçlü etkileşim renk yükleriyle ilgilendiğinden, 'kuantum kromodinamiği' (QCD) adı verilir Kuarkların, renk yükü taşıyan gerçek parçacıklar olduğu belirlenmiştir Gluonlar ise, güçlü etkileşim alanının kütlesiz kuantumlarıdır 1974 yılında Howard Georgi ve Sheldon Glashow, kütleçekimi dışındaki tüm etkileşimlerin 'Büyük Birleşik Kuramı' ('Grand Unified Theory, GUT') için SU(5) grubunu önerir Kuram, protonun bozunabileceğini öngörmektedir John Iliopoulos aynı yıl içerisinde bir konferansa sunduğu özet konuşmayla, fiziğin artık Standart Model adını almış olan görüşünü ilk kez, kapsamlı ve tek bir rapor halinde sunar





1974 yılının Kasım ayında ise, Burton Richter ve Samuel Ting, yaptıkları bağımsız deneylerin sonucunu aynı günde açıklayarak, yeni bir parçacık keşfettiklerini bildirirler Parçacığa, Brookhaven'daki Ting ve arkadaşları "J", SLAC'taki Richter ve arkadaşları ise "psi" adını vermişlerdir
Katkılara eşit ağırlık tanınması amacıyla "J/psi" olarak anılan parçacık, varlığı öngörülmüş olan dördüncü, yani tılsım kuarkla, bu yeni kuarkın karşıtından oluşan bir mezondur 1976 yılında Gerson Goldhaber ve Francois Pierre, yukarı karşıt ve tılsım kuarklardan oluşan D0 mezonunu bulduklarında, Standart Model'in kuramsal öngörüleri deneyle bir kez daha, dramatik şekilde kanıtlanmış olur Model geniş kabul görmeye başlamıştır

1976 yılında Martin Perl ve SLAC'taki arkadaşları tau leptonunu keşfedince, ortalık yine karışır Bu parçacık üçüncü neslin ilk leptonu olduğundan, büyük şaşkınlık yaratmıştır Elektron ve muona ek olarak, yüklü leptonların sayısı üçe çıkmış ve bu durum, elektron ve muon nötrinolarına ek olarak, bir de tau nötrinosunun öngörülmesine yol açmıştır
Öte yandan, Fermilab'den Leon Lederman ve arkadaşları, 'upsilon mezonu' adı verilen yeni bir mezon daha keşfeder 1978 yılında, Charles Prescott ve Richard Taylor, polarize edilmiş elektronların döteryumdan saçılmasını incelemiş ve Z0'ın aracılık ettiği zayıf etkileşimde, elektronların dalga fonksiyonlarının taşıdığı simetrinin (parite), tıpkı Standart Model'in öngördüğü gibi, korunmadığını belirlemişlerdir Standart Model'in öngörülerinden birisi daha kanıtlanmış olur



Tılsım kuarkın keşiyle birlikte, dörtten fazla kuark olup olmadığı merak edilmeye başlanmıştı Çünkü, üçüncü nesil bir lepton olan tauya eşlik edecek kuarkların olması beklentisi vardı Bu sorunun yanıtı ertesi yıl, upsilon mezonunun, yeni bir kuarkla karşıtından oluştuğunun anlaşılmasıyla birlikte geldi
Leon Lederman ve arkadaşlarının çalışması, beşinci kuarkın keşfine yol açmıştı Bu kuarka, alt kuark dendi Yükü -1/3'tü ve bir de karşıtı vardı Kuarkların çift sayıda olması beklendiğinden, 'üst kuark' adı verilen altıncısının aranmasına başlandı Bunun için 20 yılın geçmesi gerekecekti Fakat bu arada, Gerardus 't Hooft ve Martinus JGVeltman'ın öncülüğünü yaptığı hesaplama teknikleri kullanılarak, üst kuarkların diğer ölçümler üzerindeki etkileri hesaplanabildi Standart Model'in matematiksel temelini kullanarak ve zor deneylerin sağladığı inanılması güç düzeyde duyarlı verileri kullanarak, aranan üst kuarkın kütlesi hesaplanabildi Bu kuarkın tüm diğerlerinden çok daha fazla, önceki kuarkların en ağırı olan alt kuarkın 20-30 misli kadar ağır olması gerekiyordu Bu yöntemler sadece üst kuarkın kütlesinin değerlendirilmesi açısından değil, Standart Model'in tutarlılığının ve tüm yapısının anlaşılması için de bir anahtardı Aynı yıl, Hamburg'daki DESY laboratuvarının ışın çarpıştırıcısı olan PETRA'da, bir kuark ya da karşıtı tarafından gluon ışınlandığına dair güçlü izlere rastlandı

1981 yılında, Michael Green ve John Schwarz 'süper sicim kuramı'nı geliştirmişti 1983 yılında ise CERN'deki senkrotronda, Carlo Rubbia ve Simon Van der Meer'in protonlarla karşıtprotonların çarpıştırılması için geliştirdiği teknikler kullanılarak yapılan iki deneyde, elektrozayıf kuramın varlığını gerektirdiği ve zayıf nükleer kuvvetin taşıyıcısı olan W+, W-, Z0 bozonları gözlendi Parçacık fiziğinin Standart Model'i bir kez daha kanıtlanmış oluyordu 1984 yılında, Michael Green ve John Schwarz, uzay zaman boyutunun 10 ve kuantum simetri grubunun E8xE8 veya SO(32) olması halinde, süper sicim kuramının kuantum anomalilerinden arındırılmış olacağını gösterirken, ertesi yıl Candelas, Strominger, Horowitz and Witten; sicim kuramındaki ek boyutlar için, Calabi-Yau uzaylarının kullanılması fikrini önerdi

1989 yılında SLAC ve CERN'de yapılan deneylerle, Z0 bozonunun ömrü ölçüldü Elde edilen sonuç, yalnızca üç çeşit, çok hafif veya kütlesiz nötrinonun var olması gereğiyle uyumluydu
Bu durum, üç ve yalnız üç temel parçacık neslinin varlığına işaret etmektedir 1990'lı yıllara gelindiğinde, deneylerin yapılışındaki isabetlilik, üst kuarkın kütlesinin belirlenmesi için gereken düzeye ancak ulaşmıştı Nitekim, 1995 yılında Fermilab'de yapılan CDF ve D0 deneyleri, 18 yıldır çeşitli hızlandırıclarda yapılan deneylerde rastlanamamış olan üst kuarkın varlığını kanıtladı Bulunmasının neden bu kadar zor olmuş olduğu da ortaya çıkmış oldu Çünkü üst kuark, alt kuarkın 30 mislinden fazla, 175GeV/c2 enerjiye sahipti Üretilmesi için daha güçlü bir hızlandırıcının yapılması gerekmişti Diğerlerinden neden bu kadar farklı olduğu anlaşılamamış, fakat Standart Model'in öngördüğü kuark altılısı tamamlanmıştı
Aynı yıl Eric Cornell ve Carl Wieman, lazerle soğutma ve manyetik buharlaştırmalı soğutma tekniklerinin bir karışımını kullanarak, yaklaşık 2000 rubidyum atomundan oluşan bir kümeyi, yirmi milyarda bir kelvin dereceye kadar soğuttular O zamana kadar başarılmış olan bu en düşük sıcaklıkta, ilk Bose-Einstein yoğuşmasını elde etmişlerdi Bu başarılarından dolayı, 2001 Nobel Fizik Ödülü'nü alacaklardı

Öte yandan, çok sayıda nötrino üreten çarpıştırma deneyleri düzenlendi Amaç nötrinolardan bazılarının, proton ve nötronlardan saçılmasını sağlamaktı Gerçi kütlesi çok az veya yok olan, zayıf etkileşimlere girmekle beraber, elektromanyetik etkileşime girmeyen nötrinoların, doğrudan gözlenmesi mümkün değildi Fakat çarpışma şemasının ayrıntılı incelemelerinden hareketle hesaplanan enerji ve momentum eksiklikleri; nötrinoların hangi aşamalarda hangi doğrultuda hangi enerjilerle oluştuklarını ve hangi aşamada yön değiştirdiklerini ortaya koyabilirdi Hem, çarpışma analizleri artık elle değil, güçlü bilgisayarlarla yapılıyor ve inşa edilen binlerce çarpışma şeması arasındaki ortak ilişkiler değerlendirilebiliyordu Nitekim, nötrinoların saçılma sonuçlarıyla elektronlarınki karşılaştırıldığında, kesirli yükün varlığına yönelik güçlü kanıtlar elde edildi

2003 yılında, Innsburg Üniversitesi'nden Rudolf Grimm ile Colorado Üniversitesi'nden Deborah S Jin bağımsız olarak, Bose-Einstein yoğuşmasının moleküllerle de oluşturulabileceğini gösterdirler
Standart Model, toplam renk yükü sıfır olduğu sürece, örneğin 4'lü, 5'li ve hatta daha fazla sayıda kuark gruplarının varlığına izin veriyordu Bu kalabalık kuark gruplarına yönelik aramalar, uzun yıllar sonuç vermemişti Nihayet 2003 yılında; Japonya'da yapılan Belle deneyinde 'tetrakuark' denilen dörtlü kuark sistemi, yine Japonya'da Osaka Üniversitesi'nde yapılan Spring-8 deneyinde ve Virginia, ABD'deki Jefferson Laboratuvarı'nda yapılan diğer deneylerde de 'pentakuark' denilen beşli kuark sistemleri keşfedildi Bu deneylerde yüksek enerjili bir gama ışını, bir nötronla etkileşime girerek, bir mezonla bir pentakuarkın oluşmasına yol açmıştı Fakat pentakuark varlığını ancak 10-20 s kadar sürdürdükten sonra, bir mezonla bir nötrona bozundu
Dörtlü kuark sistemine geçici olarak X(3872) adı verilmiş bulunuyor Buradaki 3872 rakamı, sistemin MeV cinsinden kütlesini verirken, X geçici ismi, parçacığın özellikleriyle ilgili olarak, deneylerle saptanması gereken bazı soru işaretlerinin bulunduğu anlamına geliyor Bu kütle, protonun kütlesinin dört misli kadar
'Pentakuark' ise, dört kuark ile bir karşıt kuarktan oluşuyor Dolayısıyla, baryon sayısı 1 'Egzotik baryon' denilen yeni bir parçacık sınıfına atanmış durumda Çeşitli deneyler kütlesinin 1540 MeV kadar olduğunu gösteriyor

Standart Model'in öngörüyor olmasına karşın hala gözlenememiş olan Higgs bozonu için arayışlar sürüyor CERN'de inşa edilmekte olan yeni 'Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nde (LHC) gözlenmesi mümkün olabilecek Sicim kuramının öngördüğü 'süpersimetrik parçacıklar', proton bozunması, 'Büyük Birleşik Kuram'ların öngördüğü manyetik monopoller ve öngörülememiş olan yeni parçacıklar da öyle