20. yüzyıla kadar Japon bilim adamlarının bilime katkısı sınırlıydı. Bu, Hideki Yukawa ile tamamen değişti. 1907'de Tokyo'da, arkadaşı ve Nobel ödülü sahibi fizikçi Siniçiro Tomonago'dan bir yıl sonra doğdu. Yedi kardeştiler, babası Takuyo Ogava'nın coğrafya hocalığı yaptığı Kyoto'da büyüdü. Geleneğe uygun şekilde, evleninceye kadar ismi Hideki Ogava olarak kaldı, dansçı eşi Sumi Yukawa ile evlenince onun soyadını aldı.
Hideki Yukawa kimdir?
Hideki Yukawa parlak bir çocuktu ama pek çok büyük matematikçi ve fizikçi gibi, dünyasal konularla ve sosyal ilişkilerle pek ilgili değildi. Aslında, kendi sözleriyle diğer insanlarla ilişkilerinde sakar ve huzursuzdu. Matematiğin soyut dünyasını tercih ederdi. Lisedeyken Albert Einstein'ın 1922'de Japonya'ya yaptığı geziden ve ondan kısa bir süre sonra da kuantum teorisinin öncülerinden Max Planck'ın Almanca kitabından etkilenmişti. 1926 yılında Kyoto'daki üniversitede fizik eğitimine başladı. Burada Tomonago ile ömür boyu sürecek arkadaşlığı başladı.
Mezun olup evlenmesinin ardından, Yukawa 1933 yılında Kyoto'ya öğretim üyesi olarak atandı. Atom çekirdeğini bir arada tutan çekim kuvveti üzerine yoğun şekilde düşünmeye başlamıştı. Çekirdeğin ikinci bileşeni nötron henüz keşfedilmişti ve elektrik yükü nötr olduğundan, elektronları çekirdeğin dışındaki yörüngede tutan elektromanyetik kuvvet nötronu artı yüklü protonlarla bir arada tutuluyor olamazdı.
Kısa zamanda çekirdeğin daracık sınırları içerisinde yeni bir kuvvetin yürürlükte olması gerektiği fark edildi ama kimse kökenini ya da özelliklerini anlamıyordu. Teorik fizikte, kuantum mekaniği Heisenberg, Pauli, Dirac ve Enrico Fermi gibi, Yukawa'dan sadece birkaç yaş büyük Avrupalı fizikçiler tarafından geliştirilmişti. Özellikle Dirac elektronu gibi parçacıklar arasındaki kuvvetlerin kuantum seviyesinde, değişim parçacıkları ile tanımlanabilecek alanlarda etkileştiği kuantum alan teorisini ileri sürdü. Yukawa proton ve nötronları (beraberce nükleon dönmektedir) çekirdeğin içinde bir arada tutan yapıştırıcıyı tanımlayacak kuantum alan teorisi üzerinde çalışmaya başladı.
Çekirdeğin kalbini kurumsallaştırmak
Hideki Yukawa 1935'teki başarısından kısa süre önce Osaka Üniversitesi'ne geçmişti. Orada "On the interaction of elementary particles" (Temel parçacıkların etkileşimi üzerine) adlı ünlü makalesini yayımladı. Makalede nükleonlar arasındaki değişim parçacıklarının elektron ile ondan iki bin kat daha ağır olan nükleon arasında bir kütleye sahip olması gerektiğini ileri sürdü. Yukowa teorisinde iki nükleonun, atomaltı parçacığın çevresinden çok kısa bir zaman için çok küçük miktar enerji alabileceğini söyleyen Heisenberg'in belirsizlik ilkesinden faydalanarak bir arada tutulduğunu ileri sürüyordu.
Daha çok enerji ödünç alındıkça, parçacık bunu geri vermeden önce daha kısa süre saklayabilirdi. Einstein'ın ünlü E=mc² formülü bize kütle ve enerji birbirine dönüşebildiğinden, bu ödünç alınan enerjinin belli bir kütlede parçacık yaratmak için kullanılabileceğini söyler. Yukawa şimdi mezon denilen bu parçacığın çekirdek içerisinde yaratıldığını ileri sürdü. Bu parçacığın proton ve nötron arasındaki çekim kuvvetinden sorumlu olduğunu ileri sürüyordu.
Yukawa'nın hesaplamaları, bir mezonun, onu yaratmak için çevresinden enerji ödünç alan bir nükleon tarafından yaratıldığını, daha sonra mezonun yakınlarındaki bir başka nükleona zıplayarak orada yeniden ortadan kaybolduğunu öngörüyordu. Nükleon değiştirdiği bu kısa varoluşu esnasında bu iki nükleonu bir arada tutan çekim kuvvetine yol açıyordu.
Bir sonraki yıl, deneysel fizikçiler kozmik ışınlarda böyle bir parçacığın yaratıldığını keşfettiklerini sandılar, ama daha sonra "mu mezon"un elektronun akrabası olduğu ve çekirdek içinde rolü olmadığı ortaya çıktı. İlk gerçek mezonun ("pi mezonun" kısaltılmasına pion adı verildi) keşfi 1947'ye kadar gerçekleşmedi. Ardından İngiltere, Bristol Üniversitesi'nden Cecil Powell, Cesar Lattes ve Giuseppe Occhialini tarafından bulundu.
İki yıl sonra Yukawa, teorisi için Fizik dalında Nobel aldı. O zamanlar ABD'de önce Princeton'da Institute for Advanced Study'de (İleri Araştırmalar Enstitüsü) ve daha sonra New York'daki Columbia Üniversitesi'nde çalışmaya başlamıştı. 1953 yılında Japonya'ya dönerek yeni kurulan ve halen adıyla anılan araştırma enstitüsünün başına geçti. Hayatının geri kalanını teorik parçacık fiziği üzerine çalışarak geçirdi.