Teoria e Madhe e Unifikuar (GUT, GUT ose GUT - të tre shkurtesat do të përdoren në artikull) është një model në fizikën e grimcave në të cilin, me energji të lartë, tre ndërveprimet matës të modelit standard që përcaktojnë elektromagnetike, ndërveprimet ose forcat e dobëta dhe të forta kombinohen në një forcë të vetme. Ky ndërveprim i kombinuar karakterizohet nga një simetri e një matësi më të madh, dhe për këtë arsye disa forca bartëse, por një lidhje e përhershme. Nëse një bashkim madhështor ndodh në natyrë, ekziston mundësia e një epoke të bashkimit të madh në universin e hershëm në të cilin forcat themelore nuk janë ende të ndryshme.
Teoria e Madhe e Unifikuar shkurt
Modelet që nuk unifikojnë të gjitha ndërveprimet duke përdorur një grup të thjeshtë si simetri matës, e bëjnë këtë duke përdorur grupe gjysmë të thjeshta, mund të shfaqin veti të ngjashme dhe ndonjëherë quhen edhe teori të bashkimit të madh.
Kombinimi i gravitetit me tre forcat e tjera do të siguronte një teori të gjithçkaje (OO) dhe jo një GUT. Sidoqoftë, GUT shpesh shihet si një hap i ndërmjetëm drejt OO. Të gjitha këto janë ide karakteristike për teoritë e mëdha të bashkimit dhe mbibashkimit.
Grimcat e reja të parashikuara nga modelet GUT pritet të kenë masa rreth shkallës GUT - vetëm disa rend të madhësisë nën shkallën Planck - dhe për këtë arsye të paarritshme për çdo eksperiment të propozuar të përplasësit të grimcave. Prandaj, grimcat e parashikuara nga modelet GUT nuk mund të vëzhgohen drejtpërdrejt, dhe në vend të kësaj, efektet e unifikimit të madh mund të zbulohen përmes vëzhgimeve indirekte si zbërthimi i protonit, momentet e dipolit elektrik të grimcave elementare ose vetitë e neutrinos. Disa GUT, si modeli Pati Salam, parashikojnë ekzistencën e monopoleve magnetike.
Karakteristikat e modeleve
Modelet GUT, të cilat synojnë të jenë plotësisht realiste, janë mjaft komplekse, edhe në krahasim me modelin standard, sepse duhet të prezantojnë fusha dhe ndërveprime shtesë, apo edhe dimensione shtesë të hapësirës. Arsyeja kryesore për këtë kompleksitet qëndron në vështirësinë e riprodhimit të masave të fermioneve të vëzhguara dhe këndeve të përzierjes, të cilat mund të jenë për shkak të ekzistencës së disa simetrive shtesë familjare jashtë modeleve tradicionale GUT. Për shkak të kësaj vështirësie dhe mungesës së ndonjë efekti të madh të unifikimit të dukshëm, ende nuk ka një model GUT të pranuar përgjithësisht.
Historikisht e paranjë GUT i vërtetë i bazuar në grupin e thjeshtë SU të Lee u propozua nga Howard George dhe Sheldon Glashow në 1974. Modeli Georgi-Glashow u parapri nga modeli gjysëm i thjeshtë Lie algjebër Pati-Salam i propozuar nga Abdus Salam dhe Jogesh Pati, të cilët së pari propozuan ndërveprimet unifikuese të matësve.
Historiku i emrit
Shkurtesa GUT (GUT) u krijua për herë të parë në vitin 1978 nga studiuesit e CERN-it John Ellis, Andrzej Buras, Mary C. Gayard dhe Dmitry Nanopoulos, por në versionin përfundimtar të artikullit të tyre ata zgjodhën GUM (masa e madhe e unifikimit). Nanopoulos më vonë atë vit ishte i pari që përdori akronimin në një artikull. Me pak fjalë, është bërë shumë punë në rrugën drejt Teorisë së Madhe të Unifikuar.
Përbashkësia e koncepteve
Shkurtesa SU përdoret për t'iu referuar teorive të bashkimit të madh, të cilave do t'i referohemi shpesh gjatë gjithë këtij artikulli. Fakti që ngarkesat elektrike të elektroneve dhe protoneve duket se anulojnë njëra-tjetrën me saktësi ekstreme është thelbësor për botën makroskopike siç e njohim ne, por kjo veti e rëndësishme e grimcave elementare nuk shpjegohet në modelin standard të fizikës së grimcave. Ndërsa përshkrimi i ndërveprimeve të forta dhe të dobëta në Modelin Standard bazohet në simetritë e matësit të rregulluara nga grupe të thjeshta simetrie SU(3) dhe SU(2) që lejojnë vetëm ngarkesa diskrete, komponenti i mbetur, ndërveprimi i mbingarkesës së dobët, përshkruhet nga Abelian U(1), që në parim e lejonshpërndarja arbitrare e tarifave.
Kantizimi i ngarkesave të vëzhguara, përkatësisht fakti që të gjitha grimcat elementare të njohura mbartin ngarkesa elektrike që duken të jenë shumëfisha të sakta të ⅓ të ngarkesës elementare, çoi në idenë se ndërveprimet e mbingarkimit dhe ndoshta ndërveprimet e forta dhe të dobëta mund të ndërtohen. në një ndërveprim të madh të unifikuar të përshkruar nga një grup më i madh i simetrisë së thjeshtë që përmban modelin standard. Kjo automatikisht do të parashikojë natyrën e kuantizuar dhe vlerat e të gjitha ngarkesave të grimcave elementare. Për shkak se çon gjithashtu në një parashikim të fuqive relative të ndërveprimeve themelore që vëzhgojmë, veçanërisht këndit të dobët të përzierjes, Unifikimi i Madh redukton në mënyrë ideale numrin e hyrjeve të pavarura, por gjithashtu kufizohet në vëzhgime. Sado universale të duket teoria e madhe e unifikuar, librat mbi të nuk janë shumë të njohur.
Teoria Gjeorgji-Glasgow (SU (5))
Unifikimi i madh të kujton bashkimin e forcave elektrike dhe magnetike në teorinë e elektromagnetizmit të Maksuellit në shekullin e 19-të, por kuptimi fizik dhe struktura e tij matematikore janë cilësisht të ndryshme.
Megjithatë, nuk është e qartë se zgjedhja më e thjeshtë e mundshme për simetrinë e madhe të unifikuar të zgjeruar është të prodhohet grupi i saktë i grimcave elementare. Fakti që të gjitha grimcat e njohura aktualisht të materies përshtaten mirë në tre teoritë më të vogla të përfaqësimit të grupit SU(5) dhe mbajnë menjëherë ngarkesat e sakta të vëzhgueshme është një nga të parat dhearsyet më të rëndësishme pse njerëzit besojnë se teoria e madhe e unifikuar mund të realizohet në të vërtetë në natyrë.
Dy paraqitjet më të vogla të pakësueshme të SU(5) janë 5 dhe 10. Në shënimin standard, 5 përmban konjugatët e ngarkesës të një treshe ngjyrash të tipit të djathtë poshtë dhe një dyshe me isospin majtas, ndërsa 10 përmban gjashtë komponentë të një kuarku të tipit lart, ngjyrosni një treshe të një kuarku të tipit të majtë me dorën poshtë dhe një elektron të djathtë. Kjo skemë duhet të riprodhohet për secilën nga tre gjeneratat e njohura të materies. Vlen të përmendet se teoria nuk përmban anomali me këtë përmbajtje.
Neutrinot hipotetike me dorën e djathtë janë një SU(5), që do të thotë se masa e tij nuk është e ndaluar nga asnjë simetri; nuk ka nevojë të thyejë spontanisht simetrinë, gjë që shpjegon pse masa e tij do të jetë e madhe.
Këtu, unifikimi i materies është edhe më i plotë, pasi paraqitja e spinorit të pareduktueshëm 16 përmban si 5 ashtu edhe 10 të SU(5) dhe neutrinot e djathta, dhe kështu përmbajtjen totale të grimcave të një gjenerate të model standard i zgjeruar me masa neutrino. Ky është tashmë grupi më i madh i thjeshtë që arrin unifikimin e materies në një skemë që përfshin vetëm grimcat tashmë të njohura të materies (me përjashtim të sektorit Higgs).
Për shkak se fermionet e ndryshme të modelit standard grupohen në paraqitje më të mëdha, GUT-të parashikojnë në mënyrë specifike marrëdhëniet midis masave të fermioneve, si p.sh. ndërmjet një elektroni dhekuarku i poshtëm, muoni dhe kuarku i çuditshëm dhe leptoni tau dhe kuarku i poshtëm për SU(5). Disa nga këto raporte të masës janë të përafërta, por shumica jo.
Teoria SO(10)
Matrica bosonike për SO(10) gjendet duke marrë një matricë 15×15 të paraqitjes 10 + 5 të SU(5) dhe duke shtuar një rresht dhe kolonë shtesë për neutrinën e duhur. Bozonet mund të gjenden duke shtuar një partner në secilin prej 20 bozoneve të ngarkuar (2 bozone W djathtas, 6 gluone masive të ngarkuara dhe 12 bozone të tipit X/Y) dhe duke shtuar një bozon neutral Z ekstra të rëndë për të bërë 5 bozone neutrale. Matrica bosonike do të ketë një bozon ose partnerin e tij të ri në çdo rresht dhe kolonë. Këto çifte kombinohen për të krijuar matricat e njohura të rrotullimit 16D Dirac SO(10).
Model standard
Zgjatjet jokirale të Modelit Standard me spektrat vektoriale të grimcave të shumëfishta të ndara që shfaqen natyrshëm në SU(N) GUT më të larta ndryshojnë ndjeshëm fizikën e shkretëtirës dhe çojnë në një bashkim madhështor realist (në shkallë rreshti) për tre lepton-kuark të zakonshëm familjet edhe pa përdorur supersimetrinë (shih më poshtë). Nga ana tjetër, për shkak të shfaqjes së një mekanizmi të ri VEV që mungon që shfaqet në SU(8) GUT supersimetrike, mund të gjendet një zgjidhje e njëkohshme për problemin e hierarkisë së matësit (ndarja dyshe-treshe) dhe problemi i unifikimit të shijes.
Teori të tjera dhe grimca elementare
GUT me katër familje/gjenerata, SU(8): duke supozuar se 4 gjenerata fermionesh në vend të 3 gjenerojnë gjithsej 64 lloje grimcash. Ato mund të vendosen në paraqitje 64=8 + 56 SU(8). Kjo mund të ndahet në SU(5) × SU(3) F × U(1), që është teoria SU(5), së bashku me disa bozone të rënda që ndikojnë në numrin e gjenerimit.
GUT me katër familje/gjenerata, O(16): Përsëri, duke supozuar 4 gjenerata fermionesh, 128 grimca dhe antigrimca mund të përshtaten në një paraqitje të vetme spinori O(16). Të gjitha këto gjëra u zbuluan në rrugën drejt teorisë së madhe të unifikuar.
