Ecole Normale Superieure’ün kimya laboratuvarında araştırmalarını sürdüren fizikçi Paul Ulrich Villard (1860-1934) 1900 yılında katod ışınları ile radyum ışımasının metal levhalardan geçişinde oluşan ışımaları incelerken, radyumdan çıkan ışınlar arasında çok daha nüfuz edici olan ve “sapmayan” ışınların varlığını gözlemledi. Ve bu ışınlara Rutherford’un alta ve beta’sını izleyerek, gama ışınları adını verdi. Ama ünlü Fransız fizikçisi Henri Becquerel (1852-1908) 1896’da bir rastlantı sonucu radyoaktifliği bulduğunda, bu olayı doğuran etkenin büyük bir olasılıkla gama ışınları olabileceğini düşünemezdi. Gerçekte Becquerel, 1895’de Wilhelm Konrad von Röntgen’in bulmuş olduğu ışınları ile ilgileniyordu. Bu amaçla, ışığın etkisiyle değişik renkte ışık saçıp, parlayan floresan maddelerin X ışınlarına benzer ışınlar yayıp yaymadıklarını incelemeye başladı. Çalışmalarında kullanmış olduğu uranyum tuzu kristallerini önce güneş ışığına tuttu, sonra da fotoğraf levhalarının üstüne yerleştirdi.
Banyodan sonra levhalarda kristallerin konduğu yerde izler olduğunu gözlemişti. Bunun güneş ışığının etkisiyle oluştuğunu, uranyum tuzlarını harekete geçiren ve dışarıya radyasyon yayılmasını sağlayan tek etkenin de bu olduğunu düşünüyordu. Ama daha sonra, bir kutuya koymuş olduğu fotoğraf levhasının üstünde unuttuğu uranyum kristalinin, levha üzerinde belirgin bir iz bıraktığını gözlemledi. Kutu kapalı olduğuna göre, kristal güneş ışığından etkilenemezdi. O halde uranyum kristali güneş ışığı olmadan da sürekli ışın yayıyordu. Bu önemli bir sonuçtu. 1903’de Nobel Fizik Ödülünü bu buluşundan dolayı Curie’lerle paylaşacak olan Becquerel, gerçekten bir rastlantı sonucu gözlediği bu olayla doğa bilimlerine büyük katkıda bulunuyordu. Fotoğraf levhasını karartan Işın hangisiydi? Havada birkaç santimetre bile yol alamayan alfa ışınları mı? Yoksa bir kağıt tabakanın durdurabildiği beta ışınları mı? Büyük bir olasılıkla Becquerel’in radyoaktifliği bulmasına yol açan rastlantı gama ışınları doğurmuştu. Çünkü gama ışınları dalga boylarının kısalığı nedeniyle her türlü maddeye nüfuz edebiliyordu.
Gama ışınları, elektromanyetik dalgaların dalga boyu yaklaşık 10-10 metre (10 milyarda bir metre) den daha kısa olanlandır. Maddelerden çıkan ışınların elektrik ve manyetik alanlarda göstermiş oldukları sapma özelliklerine göre, alfa ( kutba yönelir), beta ( kutba yönelir) ve gama (hiç sapmaz) ışınları diye adlandırılması Ernest Rutherford tarafından yapılmıştır. Gama ışınlarının salınması genellikle atom çekirdeklerinin enerji durumu değiştirmeleri sayesinde gerçekleşir. Doğal ya da yapay yollarla enerji fazlası edinmiş olan bir çekirdek, en düşük enerji durumuna geçerken çoğu kez bir ya da birkaç gama ışını salar. Salınan gama ışınının sıklığı (frekansı veya buna bağlı olarak dalga boyu) çekirdeğin değişen enerjisine bağlıdır. Bu bağıntıya göre, elektromanyetik dalgalar madde ile atom ve atom-altı ölçekte etkileşirlerken alınıp, verilen enerji: soğurulan ya da salınan elektromanyetik dalganın sıklığına bağlıdır. Enerji değeri ile sıklığın oranı “Planck’ın eylem sabiti'” ya da kısaca “Planck sabiti” denilen evrensel bir sayı ile ölçülmektedir.
Her elektromanyetik dalganın sıklığı ile dalga boyunun çarpımı da, yine evrensel bir sabit olan ışık hızına eşit olduğundan dalga boyları çok küçük olan gama ışınları, atom ölçeğinde yüksek enerjilere sahiptirler. Şöyle ki, atomların elektron enerji durumlarını değiştirerek saldıkları görülen ışığın enerjisi, birkaç elektronvolt (bir elektronun bir voltluk gerilim altında kazandığı enerji) iken, gama ışınlarının enerjileri milyon elektronvoltla ölçülür. Bu nedenle gama ışınlarının maddeye nüfuz ederken yapacakları tahribat çok büyük olacaktır. Gama ışınları atom çekirdeğinin iç yapısını ve özelliklerini öğrenmekte çok yararlıdırlar. Herhangi bir yolla enerjisi arttırılan, yani uyarılan bir çekirdek, “taban” yani en düşük enerjili durumuna geçerken çeşitli uyarılmış durumlarda duraklayarak bir ya:da: birkaç gama işini salabilir. İşte bu ışınların enerjileri ve kutuplulukları (polarizasyon, titreşim doğrultuları) bize çekirdeğin iç yapısını tanıtır. ,Gama ışınlarının bir başka önemli oluşma biçimi, “maddenin yok oluşu”dur. Doğada maddenin yanı sıra var olduğu bilinen karşıt (anti) madde, madde ile bir araya geldiğinde “yok olarak “, karşıt maddeye eşdeğer gama ışınının oluşmasına yol açar.
Gama ışınları bize hem çekirdek-altı, hem de evren ölçüsü gibi çok küçük ve çok büyük boyutlarda bilgi taşımaktadırlar. Örneğin, çekirdek içi kuvvetleri aktardığına inanılan pion adlı parçacıklardan elektrik yükü taşımayanın varlığı, bir süre sonra yok olarak oluşturduğu iki gama ışınından anlaşılmaktadır. Öte yandan, evrenin derinliklerinde oluşan çekirdeksel ve çekirdek-altı olaylar da bize gama ışınları yoluyla ulaşmakta ve dolayısıyla evrenin yapısı ve özellikleri hakkında bilgi getirmektedir. Eğer bir elementin iç yapısı ile saldığı gama. ışınlarının düzenini gösteren tayf (spektrum) biliniyorsa, bu elementin herhangi bir madde içinde çok az hatta eser miktarda bile olsa, tanınması olanaklıdır. Bu amaçla eldeki nesne bir çekirdek (atom) reaktöründe ya da başka bir biçimde nötronlarla bombardıman edilerek, çekirdeklerine fazla enerji sokulur. Böylelikle radyoaktif hale gelen çekirdeklerin her biri kendi özelliklerine uygun düzende gama ışınları salarlar. Bunların enerji dizilişi ve şiddetleri bize madde içindeki elementlerin cins ve miktarlarını verir. Örneğin, bu yöntemle eski para koleksiyonlarından, Romalılar döneminde dahi paranın içindeki altının zamanla nasıl azaltıldığı kolaylıkla anlaşılabilir.
Gama ışınları tıpta hem teşhis, hem de tedavi için kullanılmaktadır. Radyoaktif ışınlarla ur tedavisinin olanaklı olduğunu ilk ortaya koyan Curieler olmuştur. Örneğin, kana enjekte edilen az miktarda gama salan maddenin dolaşımı dışarıdan izlenip yığılma noktaları saptanarak, gerçekten ur bulunup bulunmadığı anlaşılabilir. Urların tedavisinde ise, gama ışınları hastalanmış hücreleri taşıdıkları enerji ile parçalayarak, öldürdükleri için etkili sonuçlar sağlamaktadır. Gama ışınları, sanayide, tarımda ve daha birçok alanda da yaygın olarak kullanıma girmiştir.