Чоң бирдиктүү теория (GUT, GUT же GUT - үч аббревиатура тең макалада колдонулат) - бөлүкчөлөр физикасынын модели, мында жогорку энергияда стандарттык моделдин үч өлчөмдүү өз ара аракеттешүүлөрү электромагниттик, алсыз жана күчтүү өз ара аракеттенүү же күчтөр бир күчкө бириктирилет. Бул бириккен өз ара аракеттенүү чоңураак өлчөмдүн бир симметриясы, демек, бир нече алып жүрүүчү күчтөр, бирок бир туруктуу байланыш менен мүнөздөлөт. Эгер табиятта чоң биригүү пайда болсо, алгачкы ааламда негизги күчтөр али айырмаланбаган чоң биригүү доору болушу мүмкүн.
Кыскача Улуу Бирдиктүү Теория
Өлчөмдүн симметриясы катары бир жөнөкөй топтун жардамы менен бардык өз ара аракеттенүүнү унификациялабаган, жарым жөнөкөй топторду колдонгон моделдер окшош касиеттерди көрсөтө алышат жана кээде чоң бириктирүү теориялары деп да аталат.
Гравитацияны башка үч күч менен айкалыштыруу GUT эмес, бардык нерсенин (ОО) теориясын берет. Бирок, GUT көп учурда OO карай орто кадам катары каралат. Мунун баары биригүү жана супербиригүү улуу теориялары үчүн мүнөздүү идеялар.
GUT моделдери болжолдонгон жаңы бөлүкчөлөрдүн GUT шкаласынын тегерегинде массаларга ээ болушу күтүлөт - Планк шкаласынан бир нече гана даража төмөн - жана ошондуктан бөлүкчөлөрдүн коллайдери сунуш кылынган эксперименттер үчүн жеткиликсиз. Демек, GUT моделдери тарабынан болжолдонгон бөлүкчөлөрдү түздөн-түз байкоого болбойт, анын ордуна чоң унификация эффекттерин протондордун ажыроосу, элементардык бөлүкчөлөрдүн электрдик диполь моменттери же нейтрино касиеттери сыяктуу кыйыр байкоолор аркылуу аныктоого болот. Пати Салам модели сыяктуу кээ бир GUTтер магниттик монополдордун бар экенин болжолдойт.
Моделдердин мүнөздөмөлөрү
Толугу менен реалдуу болууга багытталган GUT моделдери стандарттуу моделге салыштырмалуу бир топ татаал, анткени алар кошумча талааларды жана өз ара аракеттенишүүнү, жада калса мейкиндиктин кошумча өлчөмдөрүн киргизүүсү керек. Бул татаалдыктын негизги себеби байкалган фермион массаларын жана аралаштыруу бурчтарын кайра чыгаруунун кыйынчылыгында жатат, бул салттуу GUT моделдеринен тышкары кээ бир кошумча үй-бүлөлүк симметриялардын болушуна байланыштуу болушу мүмкүн. Бул кыйынчылыктан жана байкала турган чоң бириктирүү эффектинин жоктугунан улам, дагы эле жалпы кабыл алынган GUT модели жок.
Тарыхый биринчиЛинин жөнөкөй SU тобуна негизделген чыныгы GUT 1974-жылы Ховард Джордж жана Шелдон Глашоу тарабынан сунушталган. Георги-Глашоу моделинен мурун Абдус Салам жана Джогеш Пати сунуштаган жарым жөнөкөй Ли алгебра Пати-Салам модели болгон, алар биринчи жолу бириктирүүчү өлчөмдөрдүн өз ара аракеттенүүсүн сунушташкан.
Ат таржымалы
GUT (GUT) аббревиатурасын биринчи жолу 1978-жылы CERN изилдөөчүлөрү Джон Эллис, Анджей Бурас, Мэри К. Гайард жана Дмитрий Нанопулос ойлоп тапкан, бирок макаласынын акыркы вариантында алар GUM (чоң бириктирүү массасын) тандашкан. Нанопулос ошол жылдын аягында макалада биринчи болуп аббревиатураны колдонгон. Кыскасы, Улуу Бирдиктүү Теорияга карай көп иштер аткарылды.
Түшүнүктөрдүн жалпылыгы
SU аббревиатурасы бул макалада көп айтыла турган чоң бириктирүү теорияларына шилтеме кылуу үчүн колдонулат. Электрондор менен протондордун электр заряддарынын бири-бирин өтө тактык менен жокко чыгаргандай сезилиши биз билген макроскопиялык дүйнө үчүн өтө маанилүү, бирок элементардык бөлүкчөлөрдүн бул маанилүү касиети бөлүкчөлөр физикасынын стандарттык моделинде түшүндүрүлгөн эмес. Стандарттык моделдеги күчтүү жана алсыз өз ара аракеттенүүнүн сүрөттөлүшү дискреттик заряддарга гана жол берген жөнөкөй SU(3) жана SU(2) симметрия топтору менен жөнгө салынган ченегич симметрияларына негизделген, ал эми калган компонент, алсыз гиперзарядалык өз ара аракеттенүү төмөнкүчө сүрөттөлөт: абелиялык U(1), бул принципте мүмкүндүк береттөлөмдөрдү өзүм билемдик менен бөлүштүрүү.
Заряддын байкалган кванттоосу, тактап айтканда, бардык белгилүү элементардык бөлүкчөлөр элементардык заряддын ⅓га так эселенгендей көрүнгөн электр заряддарын алып жүрүүсү, гиперзарядалык өз ара аракеттешүүлөрдү жана мүмкүн күчтүү жана алсыз өз ара аракеттешүүлөрдү курууга болот деген ойго алып келди. стандарттык моделди камтыган бир чоң жөнөкөй симметрия тобу тарабынан сүрөттөлгөн бир чоң бирдиктүү өз ара аракеттенүү. Бул автоматтык түрдө элементардык бөлүкчөлөрдүн бардык заряддарынын квантталган табиятын жана маанилерин болжолдойт. Ал ошондой эле биз байкаган негизги өз ара аракеттенишүүнүн салыштырмалуу күчтүү жактарын, атап айтканда, алсыз аралаштыруу бурчун болжолдоого алып келгендиктен, Grand Unification көз карандысыз киргизүүлөрдүн санын идеалдуу түрдө азайтат, бирок ошондой эле байкоолор менен чектелет. Улуу бирдиктүү теория канчалык универсалдуу көрүнсө да, ал боюнча китептер анча популярдуу эмес.
Джорджи-Глазго теориясы (SU (5))
Чоң биригүү 19-кылымда Максвеллдин электромагнетизм теориясындагы электр жана магниттик күчтөрдүн биригүүсүн эске салат, бирок анын физикалык мааниси жана математикалык түзүлүшү сапаттык жактан башкача.
Бирок, кеңейтилген чоң унификацияланган симметрия үчүн эң жөнөкөй тандоо элементардык бөлүкчөлөрдүн туура топтомун чыгаруу экени ачык-айкын эмес. Учурда белгилүү болгон бардык зат бөлүкчөлөрүнүн үч эң кичинекей SU(5) тобунун өкүлчүлүк теориясына туура туура келиши жана ошол замат туура байкалуучу заряддарды алып жүрүүсү биринчи жанаадамдардын улуу бирдиктүү теорияны табиятта ишке ашырууга болоруна ишенгенинин эң маанилүү себептери.
SU(5) эки эң кичине кыскартылгыс көрүнүшү 5 жана 10. Стандарттык белгилөөдө 5 оң-тараптуу ылдый түрдөгү түс үчилтигинин жана сол-сол изопиндик дублеттин заряд конъюгаттарын камтыйт, ал эми 10 өйдө-типтүү кварктын алты компонентин камтыйт, сол-тараптуу ылдый-типтүү кварктын триплети жана оң-тараптуу электрон. Бул схема заттын белгилүү үч муунунун ар бири үчүн кайталанышы керек. Белгилей кетчү нерсе, теория бул мазмундагы аномалияларды камтыбайт.
Гипотетикалык оң колдуу нейтрино SU(5) синглети болуп саналат, бул анын массасына эч кандай симметрия менен тыюу салынбаганын билдирет; ал симметрияны өзүнөн-өзү бузуунун кереги жок, бул анын массасы эмне үчүн чоң болорун түшүндүрөт.
Бул жерде материянын биригүүсү дагы толук болот, анткени 16 кыскартууга мүмкүн болбогон спинор СУ(5) жана оң жактуу нейтринолордун 5 жана 10ун, демек, бир муундун бөлүкчөлөрүнүн жалпы мазмунун камтыйт. нейтрино массалары менен кеңейтилген стандарттык модель. Бул мурунтан эле белгилүү болгон материянын бөлүкчөлөрүн (Хиггс секторунан тышкары) камтыган схемада материяны бириктирүүгө жетишкен эң чоң жөнөкөй топ.
Ар кандай стандарттык моделдеги фермиондор чоңураак өкүлчүлүктөргө топтолгондуктан, GUT атайын фермион массаларынын ортосундагы мамилелерди, мисалы, электрон менендаун кварк, мюон жана кызык кварк жана СУ(5) үчүн тау лептон жана даун кварк. Бул массалардын кээ бирлери болжолдуу, бирок көбү андай эмес.
SO(10) теориясы
SO(10) үчүн бозондук матрицасы SU(5) 10 + 5 өкүлчүлүгүнүн 15×15 матрицасын алуу жана оң нейтрино үчүн кошумча сап жана мамычаны кошуу менен табылат. Бозондорду 20 заряддуу бозондун ар бирине өнөктөш кошуу (2 оң В бозон, 6 массивдүү заряддалган глюон жана 12 X/Y тибиндеги бозон) жана кошумча оор нейтралдуу Z бозону кошуп, 5 нейтралдуу бозонду табууга болот. Бозондук матрицанын ар бир сапта жана тилкеде бозону же анын жаңы өнөктөшү болот. Бул түгөйлөр биригип тааныш 16D Dirac спиндик матрицаларын SO(10) түзөт.
Стандарт модел
Стандарттык моделдин хиралдык эмес кеңейтүүлөрү табигый түрдө жогорку SU(N) GUTларда пайда болгон бөлүнгөн мультипликтүү бөлүкчөлөрдүн вектордук спектрлери чөлдүн физикасын олуттуу түрдө өзгөртөт жана кадимки үч кварк-лептон үчүн реалдуу (катар масштабында) чоң биригүүгө алып келет суперсиметрияны колдонбостон да үй-бүлөлөр (төмөндө караңыз). Башка жагынан алып караганда, суперсимметриялык SU(8) GUTде пайда болгон жаңы жок VEV механизминин пайда болушуна байланыштуу, ченегич иерархиясынын проблемасын (кош-үчтүк бөлүү) жана даамды унификациялоо проблемасын бир эле убакта чечүүгө болот.
Башка теориялар жана элементардык бөлүкчөлөр
Төрт үй-бүлө/муун менен ГУТ, SU(8): 3 эмес, 4 фермион мууну 64 бөлүкчө түрүн жаратат деп болжолдосок. Аларды 64=8 + 56 SU(8) өкүлчүлүктөрүнө жайгаштырса болот. Муну муундун санына таасир этүүчү оор бозондор менен бирге SU(5) теориясы болгон SU(5) × SU(3) F × U(1) деп бөлүүгө болот.
Төрт үй-бүлө/муун менен ГУТ, O(16): Кайрадан фермиондордун 4 мууну, 128 бөлүкчөлөр жана антибөлүкчөлөр бир O(16) спинор өкүлчүлүгүнө туура келиши мүмкүн. Мунун баары улуу бирдиктүү теорияга бара жаткан жолдо ачылган.
