Böyük Birləşdirilmiş Nəzəriyyə (GUT, GUT və ya GUT - məqalədə hər üç abreviatura istifadə olunacaq) hissəciklər fizikasında yüksək enerjidə elektromaqnit enerjisini təyin edən standart modelin üç ölçülü qarşılıqlı təsirinin olduğu bir modeldir., zəif və güclü qarşılıqlı təsirlər və ya qüvvələr vahid qüvvədə birləşir. Bu birləşmiş qarşılıqlı əlaqə daha böyük ölçülü bir simmetriya və buna görə də bir neçə daşıyıcı qüvvə, lakin bir daimi əlaqə ilə xarakterizə olunur. Təbiətdə möhtəşəm birləşmə baş verərsə, ilkin kainatda əsas qüvvələrin hələ də fərqli olmadığı möhtəşəm birləşmə erası ehtimalı var.
Qısaca Böyük Vahid Nəzəriyyə
Kalibr simmetriyası kimi bir sadə qrupdan istifadə edərək bütün qarşılıqlı əlaqəni birləşdirməyən, bunu yarımsadə qruplardan istifadə edən modellər oxşar xüsusiyyətlər nümayiş etdirə bilər və bəzən onlara böyük birləşmə nəzəriyyələri də deyilir.
Cazibə qüvvəsini digər üç qüvvə ilə birləşdirmək QUT deyil, hər şeyin nəzəriyyəsini (OO) təmin edərdi. Bununla belə, GUT çox vaxt OO-yə doğru ara addım kimi görülür. Bunların hamısı birləşmə və fövqəlbirləşmə nəzəriyyələri üçün xarakterik ideyalardır.
GUT modelləri tərəfindən proqnozlaşdırılan yeni hissəciklərin GUT miqyası ətrafında kütlələrə malik olacağı gözlənilir - Plank şkalasından yalnız bir neçə dərəcə aşağıda - və buna görə də təklif olunan hissəciklərin toqquşdurucusu təcrübələri üçün əlçatmazdır. Buna görə də, GUT modelləri tərəfindən proqnozlaşdırılan hissəciklər birbaşa müşahidə edilə bilməz və bunun əvəzinə proton parçalanması, elementar hissəcik elektrik dipol momentləri və ya neytrino xüsusiyyətləri kimi dolayı müşahidələr vasitəsilə böyük birləşmə effektləri aşkar edilə bilər. Pati Salam modeli kimi bəzi GUT-lar maqnit monopollarının mövcudluğunu proqnozlaşdırır.
Modellərin xüsusiyyətləri
Tamamilə realist olmağı hədəfləyən GUT modelləri hətta standart modellə müqayisədə kifayət qədər mürəkkəbdir, çünki onlar əlavə sahələr və qarşılıqlı təsirlər, hətta məkanın əlavə ölçüləri təqdim etməlidirlər. Bu mürəkkəbliyin əsas səbəbi müşahidə edilən fermion kütlələrinin və qarışdırma bucaqlarının təkrar istehsalının çətinliyindədir ki, bu da ənənəvi GUT modellərindən kənar bəzi əlavə ailə simmetriyalarının mövcudluğu ilə əlaqədar ola bilər. Bu çətinliyə və hər hansı müşahidə edilə bilən möhtəşəm birləşmə effektinin olmamasına görə, hələ də ümumi qəbul edilmiş GUT modeli yoxdur.
Tarixən ilkLinin sadə SU qrupuna əsaslanan əsl GUT 1974-cü ildə Howard George və Sheldon Glashow tərəfindən təklif edilmişdir. Georgi-Glashow modelindən əvvəl Abdus Salam və Coqesh Pati tərəfindən təklif edilən yarı sadə Lie cəbri Pati-Salam modeli var idi.
Ad tarixçəsi
GUT (GUT) abbreviaturası ilk dəfə 1978-ci ildə CERN tədqiqatçıları Con Ellis, Andrzej Buras, Mary C. Gayard və Dmitry Nanopoulos tərəfindən yaradılmışdır, lakin məqalələrinin son variantında onlar GUM (böyük birləşmə kütləsi) seçmişlər. Həmin ilin sonunda Nanopulos bir məqalədə qısaldılmış sözü ilk dəfə istifadə etdi. Bir sözlə, Böyük Vahid Nəzəriyyəyə gedən yolda çox iş görülüb.
Anlayışların ümumiliyi
SU abbreviaturası bu məqalə boyu tez-tez istinad ediləcək böyük birləşmə nəzəriyyələrinə istinad etmək üçün istifadə olunur. Elektronların və protonların elektrik yüklərinin bir-birini son dərəcə dəqiqliklə ləğv etməsi faktı bildiyimiz kimi makroskopik dünya üçün vacibdir, lakin elementar hissəciklərin bu mühüm xüsusiyyəti hissəciklər fizikasının standart modelində açıqlanmır. Standart Modeldə güclü və zəif qarşılıqlı təsirlərin təsviri yalnız diskret yüklərə imkan verən sadə SU(3) və SU(2) simmetriya qrupları tərəfindən idarə olunan ölçü simmetriyalarına əsaslansa da, qalan komponent, zəif hiper yüklənmə qarşılıqlı əlaqəsi aşağıdakı kimi təsvir edilmişdir. prinsipcə imkan verən Abelian U(1).ödənişlərin özbaşına paylanması.
Müşahidə olunan yükün kvantlaşdırılması, yəni bütün məlum elementar hissəciklərin elementar yükün ⅓-nin dəqiq qatları kimi görünən elektrik yükləri daşıması faktı belə bir fikrə gətirib çıxardı ki, hiper yüklənmə qarşılıqlı təsirləri və ola bilsin ki, güclü və zəif qarşılıqlı təsirlər qurula bilər. standart modeli ehtiva edən daha böyük sadə simmetriya qrupu tərəfindən təsvir edilən böyük vahid qarşılıqlı əlaqəyə çevrilir. Bu, elementar hissəciklərin bütün yüklərinin kvantlaşdırılmış təbiətini və dəyərlərini avtomatik olaraq proqnozlaşdıracaqdır. Bu, həm də müşahidə etdiyimiz əsas qarşılıqlı təsirlərin nisbi güclü tərəflərinin, xüsusən də zəif qarışdırma bucağının proqnozlaşdırılmasına səbəb olduğundan, Grand Unification müstəqil girişlərin sayını ideal şəkildə azaldır, lakin müşahidələrlə məhdudlaşır. Böyük vahid nəzəriyyə nə qədər universal görünsə də, onun haqqında kitablar o qədər də populyar deyil.
Georgie-Glasgow Theory (SU (5))
Böyük birləşmə 19-cu əsrdə Maksvellin elektromaqnetizm nəzəriyyəsindəki elektrik və maqnit qüvvələrinin birləşməsini xatırladır, lakin onun fiziki mənası və riyazi quruluşu keyfiyyətcə fərqlidir.
Lakin açıq-aydın deyil ki, genişlənmiş böyük vahid simmetriya üçün mümkün olan ən sadə seçim elementar hissəciklərin düzgün dəstini yaratmaqdır. Hal-hazırda məlum olan bütün maddə hissəciklərinin üç ən kiçik SU(5) qrup təqdimetmə nəzəriyyəsinə yaxşı uyğunlaşması və dərhal düzgün müşahidə edilə bilən yükləri daşıması faktı ilk və birincilərdən biridir.insanların böyük vahid nəzəriyyənin təbiətdə gerçəkləşə biləcəyinə inanmasının ən mühüm səbəbləri.
SU(5)-in iki ən kiçik reduksiya edilə bilməyən təsviri 5 və 10-dur. Standart qeyddə 5 sağ əlli aşağı tipli rəngli üçlü və sol sol izospin dubletinin yük konyuqatlarını ehtiva edir, halbuki 10 yuxarı tipli kvarkın altı komponentindən ibarətdir, solaxay aşağı tipli kvarkın üçlüyü və sağ əlli elektron rənglənir. Bu sxem maddənin üç məlum nəslinin hər biri üçün təkrarlanmalıdır. Nəzəriyyədə bu məzmunda anomaliyaların olmaması diqqətəlayiqdir.
Hipotetik sağ əlli neytrinolar SU(5) singletdır, yəni onun kütləsi heç bir simmetriya ilə qadağan edilmir; simmetriyanı kortəbii pozmağa ehtiyac yoxdur, bu da onun kütləsinin nə üçün böyük olacağını izah edir.
Burada maddənin birləşməsi daha da tamamlanır, çünki reduksiya olunmayan spinor təsviri 16 SU(5) və sağ əlli neytrinoların həm 5, həm də 10-unu və beləliklə, bir nəsil hissəciklərin ümumi məzmununu ehtiva edir. neytrino kütlələri ilə uzadılmış standart model. Bu, artıq yalnız artıq məlum olan maddə hissəciklərini (Hiqqs sektoru istisna olmaqla) özündə birləşdirən sxemdə maddənin birləşməsinə nail olan ən böyük sadə qrupdur.
Müxtəlif standart model fermionlar daha böyük təsvirlərdə qruplaşdırıldığına görə, GUT-lar fermion kütlələri arasındakı əlaqələri, məsələn, elektron vəaşağı kvark, müon və qəribə kvark və SU(5) üçün tau lepton və aşağı kvark. Bu kütlə nisbətlərinin bəziləri təxminidir, lakin əksəriyyəti yox.
SO(10) nəzəriyyəsi
SO(10) üçün bozon matrisi SU(5)-in 10 + 5 təmsilindən ibarət 15×15 matrisini götürərək və sağ neytrino üçün əlavə sətir və sütun əlavə etməklə tapılır. Bozonları 20 yüklü bozonun hər birinə tərəfdaş əlavə etməklə (2 sağ W bozon, 6 kütləvi yüklü qluon və 12 X/Y tipli bozon) və 5 neytral bozon yaratmaq üçün əlavə ağır neytral Z bozonunu əlavə etməklə tapmaq olar. Bosonik matrisin hər sətir və sütunda bir bozon və ya onun yeni tərəfdaşı olacaqdır. Bu cütlər tanış 16D Dirac spin matrisləri SO(10) yaratmaq üçün birləşir.
Standart Model
Təbii olaraq daha yüksək SU(N) GUT-lərdə görünən bölünmüş çoxlu hissəciklərin vektor spektrləri ilə Standart Modelin qeyri-xiral uzantıları səhra fizikasını əhəmiyyətli dərəcədə dəyişir və adi üç kvark-lepton üçün real (sətir miqyaslı) möhtəşəm birləşməyə gətirib çıxarır. hətta supersimmetriyadan istifadə etmədən ailələr (aşağıya bax). Digər tərəfdən, supersimmetrik SU(8) GUT-da ortaya çıxan yeni çatışmayan VEV mexanizminin ortaya çıxması ilə əlaqədar olaraq, ölçü iyerarxiyası problemi (ikili-üçlü parçalanma) və ləzzət birləşmə probleminin eyni vaxtda həlli tapıla bilər.
Digər nəzəriyyələr və elementar hissəciklər
Dörd ailə/nəsil ilə GUT, SU(8): 3 əvəzinə 4 nəsil fermionun cəmi 64 növ hissəcik yaratdığını fərz etsək. Onlar 64=8 + 56 SU(8) təsvirlərində yerləşdirilə bilər. Bunu nəsil sayına təsir edən bəzi ağır bozonlarla birlikdə SU(5) nəzəriyyəsi olan SU(5) × SU(3) F × U(1) bölmək olar.
Dörd ailə/nəsil ilə GUT, O(16): Yenə fərz etsək, 4 nəsil fermionlar, 128 hissəcik və antihissəciklər tək O(16) spinor təmsilinə sığa bilər. Bütün bunlar böyük vahid nəzəriyyəyə gedən yolda kəşf edildi.
