Grand Unified Theory (GUT, GUT yoki GUT - barcha uchta qisqartmalar maqolada qo'llaniladi) zarralar fizikasidagi model bo'lib, unda yuqori energiyada standart modelning uchta o'lchovli o'zaro ta'siri elektromagnitni aniqlaydi., zaif va kuchli o'zaro ta'sirlar yoki kuchlar yagona kuchga birlashtiriladi. Ushbu qo'shma o'zaro ta'sir kattaroq o'lchovning bir simmetriyasi va shuning uchun bir nechta tashuvchi kuchlar bilan tavsiflanadi, lekin bitta doimiy aloqa. Agar tabiatda katta birlashuv sodir bo'lsa, dastlabki koinotda asosiy kuchlar hali bir-biridan farq qilmagan buyuk birlashish davri ehtimoli mavjud.
Qisqacha Buyuk Yagona nazariya
Oʻlchov simmetriyasi sifatida bitta oddiy guruh yordamida barcha oʻzaro taʼsirlarni birlashtirmaydigan, buni yarim oddiy guruhlar yordamida amalga oshiradigan modellar oʻxshash xususiyatlarni namoyon qilishi mumkin va baʼzan katta birlashtirish nazariyalari deb ham ataladi.
Gravitatsiyani boshqa uchta kuch bilan birlashtirish GUT emas, balki hamma narsaning nazariyasini (OO) beradi. Biroq, GUT ko'pincha OO tomon oraliq qadam sifatida qaraladi. Bularning barchasi birlashish va oʻzaro birlashishning buyuk nazariyalari uchun xarakterli gʻoyalardir.
GUT modellari tomonidan bashorat qilingan yangi zarralar GUT shkalasi atrofida massaga ega boʻlishi kutilmoqda - bu Plank shkalasidan atigi bir necha daraja pastroq - va shuning uchun zarrachalar toʻqnashuvi boʻyicha tavsiya etilgan tajribalar uchun imkonsiz. Shuning uchun GUT modellari tomonidan bashorat qilingan zarralarni to'g'ridan-to'g'ri kuzatish mumkin emas va buning o'rniga proton parchalanishi, elementar zarracha elektr dipol momentlari yoki neytrino xususiyatlari kabi bilvosita kuzatishlar orqali katta birlashish effektlarini aniqlash mumkin. Pati Salam modeli kabi baʼzi GUTlar magnit monopollar mavjudligini bashorat qiladi.
Modellar xususiyatlari
To'liq realistik bo'lishni maqsad qilgan GUT modellari hatto standart modelga nisbatan ancha murakkab, chunki ular qo'shimcha maydonlar va o'zaro ta'sirlarni yoki hatto makonning qo'shimcha o'lchamlarini kiritishlari kerak. Ushbu murakkablikning asosiy sababi kuzatilgan fermion massalarini va aralashtirish burchaklarini ko'paytirishning qiyinligidadir, bu an'anaviy GUT modellaridan tashqari ba'zi qo'shimcha oilaviy simmetriyalarning mavjudligi bilan bog'liq bo'lishi mumkin. Ushbu qiyinchilik va kuzatilishi mumkin bo'lgan katta birlashtirish effektining yo'qligi tufayli hali ham umumiy qabul qilingan GUT modeli mavjud emas.
Tarixda birinchiLining oddiy SU guruhiga asoslangan haqiqiy GUT 1974 yilda Govard Jorj va Sheldon Glashov tomonidan taklif qilingan. Jorji-Glashov modelidan oldin Abdus Salam va Jogesh Pati tomonidan taklif qilingan yarim oddiy Li algebrasi Pati-Salam modeli paydo bo'ldi, ular birinchi bo'lib birlashtiruvchi o'lchov o'zaro ta'sirini taklif qildilar.
Ismlar tarixi
GUT (GUT) qisqartmasi birinchi marta 1978-yilda CERN tadqiqotchilari Jon Ellis, Anjey Buras, Meri K. Gayard va Dmitriy Nanopulos tomonidan yaratilgan, biroq ular maqolalarining yakuniy variantida GUMni (katta birlashtiruvchi massa) tanlaganlar. O'sha yili Nanopulos birinchi bo'lib qisqartmani maqolada ishlatgan. Xulosa qilib aytganda, Buyuk Yagona nazariya yo'lida juda ko'p ishlar qilindi.
Tushunchalar umumiyligi
SU qisqartmasi ushbu maqola davomida tez-tez tilga olinadigan buyuk birlashish nazariyalariga ishora qilish uchun ishlatiladi. Elektronlar va protonlarning elektr zaryadlari bir-birini o'ta aniqlik bilan bekor qilayotgandek tuyulishi biz bilgan makroskopik dunyo uchun juda muhim, ammo elementar zarralarning bu muhim xususiyati zarralar fizikasining standart modelida tushuntirilmagan. Standart modeldagi kuchli va kuchsiz o'zaro ta'sirlarning tavsifi faqat diskret zaryadlarga ruxsat beruvchi oddiy SU(3) va SU(2) simmetriya guruhlari tomonidan boshqariladigan o'lchov simmetriyalariga asoslangan bo'lsa-da, qolgan komponent, kuchsiz giperzaryad o'zaro ta'siri quyidagicha tavsiflanadi: printsipial jihatdan imkon beradigan Abelian U(1).to'lovlarni o'zboshimchalik bilan taqsimlash.
Kuzatilgan zaryad kvantlanishi, ya'ni barcha ma'lum elementar zarrachalar elementar zaryadning ⅓ ga to'liq karrali ko'rinishdagi elektr zaryadlarini olib yurishi giperzaryad o'zaro ta'siri va ehtimol kuchli va kuchsiz o'zaro ta'sirlarni qurish mumkin degan fikrga olib keldi. standart modelni o'z ichiga olgan kattaroq oddiy simmetriya guruhi tomonidan tasvirlangan bitta katta birlashgan o'zaro ta'sirga. Bu elementar zarrachalarning barcha zaryadlarining kvantlangan tabiati va qiymatlarini avtomatik ravishda bashorat qiladi. Bu, shuningdek, biz kuzatadigan asosiy shovqinlarning nisbiy kuchli tomonlarini, xususan, zaif aralashtirish burchagini bashorat qilishga olib kelganligi sababli, Grand Unification mustaqil kirishlar sonini ideal tarzda kamaytiradi, lekin kuzatishlar bilan ham cheklangan. Katta birlashgan nazariya qanchalik universal bo'lib ko'rinmasin, unga oid kitoblar unchalik mashhur emas.
Jorji-Glazgo nazariyasi (SU (5))
Buyuk birlashish 19-asrda Maksvellning elektromagnetizm nazariyasidagi elektr va magnit kuchlarining birlashuvini eslatadi, lekin uning fizik ma'nosi va matematik tuzilishi sifat jihatidan farq qiladi.
Ammo kengaytirilgan katta birlashtirilgan simmetriya uchun eng oddiy tanlov elementar zarrachalarning toʻgʻri toʻplamini hosil qilish ekanligi aniq emas. Hozirgi vaqtda ma'lum bo'lgan barcha materiya zarralari uchta eng kichik SU (5) guruhning vakillik nazariyasiga mos kelishi va darhol to'g'ri kuzatiladigan zaryadlarni olib yurishi birinchi vaodamlarning buyuk birlashgan nazariyani tabiatda amalga oshirish mumkinligiga ishonishining eng muhim sabablari.
SU(5) ning ikkita eng kichik qisqartirilmaydigan tasviri 5 va 10 dir. Standart yozuvda 5 oʻng tomonli pastga rangli uchlik va chap chap izospin dublining zaryad konjugatlarini oʻz ichiga oladi, 10 esa yuqori tipdagi kvarkning oltita komponentini o'z ichiga oladi, chap qo'l past tipdagi kvarkning tripletini va o'ng qo'l elektronni ranglaydi. Ushbu sxema materiyaning uchta ma'lum avlodining har biri uchun takrorlanishi kerak. Shunisi e'tiborga loyiqki, nazariyada bu mazmundagi anomaliyalar mavjud emas.
Gipotetik oʻng qoʻlli neytrinolar SU(5) singletidir, yaʼni uning massasi hech qanday simmetriya bilan taqiqlanmagan; u o'z-o'zidan simmetriyani buzishi shart emas, bu uning massasi nima uchun katta bo'lishini tushuntiradi.
Bu erda materiyaning birlashishi yanada to'liqroq, chunki qaytarilmas spinor tasviri 16 SU(5) va o'ng qo'lli neytrinolarning ham 5 va 10 tasini o'z ichiga oladi va shu bilan bir avlod zarrachalarining umumiy tarkibini o'z ichiga oladi. neytrino massalari bilan kengaytirilgan standart model. Bu allaqachon ma'lum bo'lgan materiya zarralarini (Xiggs sektoridan tashqari) o'z ichiga olgan sxema bo'yicha materiyani birlashtirishga erishadigan eng katta oddiy guruhdir.
Har xil standart model fermionlar kattaroq ko'rinishlarga guruhlanganligi sababli, GUTlar fermion massalari o'rtasidagi munosabatlarni, masalan, elektron vapastga kvark, muon va gʻalati kvark, SU(5) uchun tau lepton va daun kvark. Bu massa nisbatlarining baʼzilari taxminan, lekin koʻpchiligi unday emas.
SO(10) nazariyasi
SO(10) uchun bozonik matritsa SU(5) ning 10+5 koʻrinishidagi 15×15 matritsasini olish va oʻng neytrino uchun qoʻshimcha qator va ustun qoʻshish orqali topiladi. Bozonlarni 20 ta zaryadlangan bozonning har biriga sherik qo'shish (2 o'ng Vt bozon, 6 massiv zaryadlangan glyuon va 12 X/Y tipidagi bozon) va qo'shimcha og'ir neytral Z bozonini qo'shib, 5 ta neytral bozon hosil qilish orqali topish mumkin. Bozonik matritsada har bir satr va ustunda bozon yoki uning yangi sherigi bo'ladi. Bu juftliklar tanish 16D Dirac SO(10) spin matritsalarini yaratish uchun birlashadi.
Standart model
Standart modelning nochiral kengaytmalari tabiiy ravishda yuqori SU(N) GUTlarda paydo boʻladigan boʻlingan koʻp qirrali zarralarning vektor spektrlari choʻl fizikasini sezilarli darajada oʻzgartiradi va odatiy uchta kvark-lepton uchun real (qator miqyosidagi) katta birlashuvga olib keladi. hatto supersimmetriyadan foydalanmasdan ham oilalar (pastga qarang). Boshqa tomondan, supersimmetrik SU(8) GUTda paydo bo'lgan yangi etishmayotgan VEV mexanizmining paydo bo'lishi tufayli o'lchov ierarxiyasi muammosi (ikki-uchlik bo'linishi) va lazzatni birlashtirish muammosiga bir vaqtning o'zida yechim topish mumkin.
Boshqa nazariyalar va elementar zarralar
GUT toʻrtta oila/avlodga ega, SU(8): 3 ta oʻrniga 4 avlod fermiyonlari jami 64 ta zarracha turini hosil qiladi. Ular 64=8 + 56 SU(8) ko'rinishlarida joylashtirilishi mumkin. Buni SU(5) × SU(3) F × U(1) ga boʻlish mumkin, yaʼni SU(5) nazariyasi va nasl soniga taʼsir qiluvchi ogʻir bozonlar.
GUT, toʻrtta oila/avlod, O(16): Yana faraz qilsak, 4 avlod fermionlar, 128 ta zarracha va antipartikullar bitta O(16) spinor koʻrinishiga sigʻishi mumkin. Bularning barchasi buyuk yagona nazariya yo'lida kashf etilgan.
