Grand Unified Theory (GUT, GUT veya GUT - makalede üç kıs altmanın tümü kullanılacaktır) parçacık fiziğinde, yüksek enerjide, elektromanyetik dalgayı belirleyen standart modelin üç ayar etkileşiminin olduğu bir modeldir., zayıf ve güçlü etkileşimler veya kuvvetler tek bir kuvvette birleştirilir. Bu birleşik etkileşim, daha büyük bir simetri ve dolayısıyla birkaç taşıyıcı kuvvet, ancak bir kalıcı bağ ile karakterize edilir. Doğada büyük bir birleşme meydana gelirse, erken evrende temel kuvvetlerin henüz farklı olmadığı büyük bir birleşme çağı olasılığı vardır.
Kısaca Büyük Birleşik Teori
Gösterge simetrisi olarak basit bir grup kullanarak tüm etkileşimleri birleştirmeyen, bunu yarıbasit gruplar kullanarak yapan, benzer özellikler sergileyen ve bazen büyük birleştirme teorileri olarak da adlandırılan modeller.
Yerçekimini diğer üç kuvvetle birleştirmek, bir GUT yerine her şeyin teorisini (OO) sağlayacaktır. Bununla birlikte, GUT genellikle OO'ya doğru bir ara adım olarak görülür. Bunların hepsi, büyük birleşme ve aşırı birleşme teorileri için karakteristik fikirlerdir.
GUT modelleri tarafından tahmin edilen yeni parçacıkların, GUT ölçeği civarında - Planck ölçeğinin sadece birkaç büyüklük mertebesi altında - ve dolayısıyla önerilen herhangi bir parçacık çarpıştırıcı deneyi için ulaşılamayacak kütlelere sahip olması bekleniyor. Bu nedenle, GUT modelleri tarafından tahmin edilen parçacıklar doğrudan gözlemlenemez ve bunun yerine, proton bozunumu, temel parçacık elektrik dipol momentleri veya nötrino özellikleri gibi dolaylı gözlemler yoluyla büyük birleştirme etkileri tespit edilebilir. Pati Salam modeli gibi bazı GUT'ler, manyetik monopollerin varlığını tahmin eder.
Modellerin özellikleri
Tamamen gerçekçi olmayı hedefleyen GUT modelleri, standart modelle karşılaştırıldığında bile oldukça karmaşıktır, çünkü ek alanlar ve etkileşimler, hatta ek uzay boyutları getirmeleri gerekir. Bu karmaşıklığın ana nedeni, geleneksel GUT modellerinin dışında bazı ek aile simetrilerinin varlığından kaynaklanabilecek, gözlemlenen fermiyon kütlelerini ve karıştırma açılarını yeniden üretmenin zorluğunda yatmaktadır. Bu zorluk ve gözlemlenebilir herhangi bir büyük birleştirme etkisinin olmaması nedeniyle, hala genel kabul görmüş bir GUT modeli yoktur.
Tarihsel olarak ilkLee'nin basit SU grubuna dayanan gerçek bir GUT, 1974'te Howard George ve Sheldon Glashow tarafından önerildi. Georgi-Glashow modelinden önce, birleştirici ayar etkileşimlerini ilk kez öneren Abdus Salam ve Jogesh Pati tarafından önerilen yarı basit Lie cebiri Pati-Salam modeli vardı.
Ad geçmişi
GUT (GUT) kıs altması ilk olarak 1978'de CERN araştırmacıları John Ellis, Andrzej Buras, Mary C. Gayard ve Dmitry Nanopoulos tarafından kullanıldı, ancak makalelerinin son versiyonunda GUM'u (büyük birleşme kütlesi) seçtiler. Nanopoulos daha sonra o yıl bir makalede kıs altmayı kullanan ilk kişi oldu. Kısacası, Büyük Birleşik Teori'ye giden yolda pek çok çalışma yapılmıştır.
Kavramların ortak noktası
SU kıs altması, bu makale boyunca sıkça değinilecek olan büyük birleşme teorilerine atıfta bulunmak için kullanılır. Elektronların ve protonların elektrik yüklerinin birbirini son derece hassas bir şekilde iptal ettiği gerçeği, bildiğimiz şekliyle makroskopik dünya için esastır, ancak temel parçacıkların bu önemli özelliği, standart parçacık fiziği modelinde açıklanmamıştır. Standart Modeldeki güçlü ve zayıf etkileşimlerin tanımı, yalnızca ayrık yüklere izin veren basit SU(3) ve SU(2) simetri grupları tarafından yönetilen ayar simetrilerine dayanırken, geri kalan bileşen, zayıf hiper yük etkileşimi aşağıdaki formülle tanımlanır: prensipte izin veren Abelian U(1)ücretlerin keyfi dağıtımı.
Gözlenen yük niceleme, yani bilinen tüm temel parçacıkların, temel yükün tam katları gibi görünen elektrik yükleri taşıması gerçeği, hiper yük etkileşimlerinin ve muhtemelen güçlü ve zayıf etkileşimlerin oluşturulabileceği fikrine yol açtı. standart modeli içeren daha büyük bir basit simetri grubu tarafından tanımlanan büyük bir birleşik etkileşime dönüştürülür. Bu, temel parçacıkların tüm yüklerinin nicelenmiş doğasını ve değerlerini otomatik olarak tahmin edecektir. Ayrıca, gözlemlediğimiz temel etkileşimlerin, özellikle zayıf karıştırma açısının göreli güçlerinin bir tahminine yol açtığı için, Büyük Birleştirme ideal olarak bağımsız girdilerin sayısını az altır, ancak aynı zamanda gözlemlerle sınırlıdır. Büyük birleşik teori ne kadar evrensel görünse de, onunla ilgili kitaplar pek popüler değil.
Georgie-Glasgow Teorisi (SU (5))
Büyük birleşim, Maxwell'in 19. yüzyıldaki elektromanyetizma teorisindeki elektrik ve manyetik kuvvetlerin birleşmesini anımsatır, ancak fiziksel anlamı ve matematiksel yapısı niteliksel olarak farklıdır.
Ancak, genişletilmiş büyük birleşik simetri için mümkün olan en basit seçimin doğru temel parçacıklar kümesini üretmek olduğu açık değildir. Halihazırda bilinen tüm madde parçacıklarının en küçük üç SU(5) grup temsil teorisine iyi uyması ve doğru gözlemlenebilir yükleri hemen taşıması gerçeği, ilk ve en önemlilerinden biridir.insanların büyük birleşik teorinin aslında doğada gerçekleştirilebileceğine inanmalarının en önemli nedenleri.
SU(5)'ün en küçük iki indirgenemez temsili 5 ve 10'dur. Standart gösterimde 5, sağ taraf aşağı tip renk üçlüsünün ve sol sol izospin ikilisinin yük eşleniklerini içerirken, 10 Yukarı tip bir kuarkın altı bileşenini içerir, sol elli bir aşağı tip kuarkın ve sağ elli bir elektronun üçlüsünü renklendirir. Bu şema, maddenin bilinen üç neslinin her biri için yeniden üretilmelidir. Teorinin bu içerikle anomali içermemesi dikkat çekicidir.
Varsayımsal sağ-elli nötrinolar bir SU(5) teklisidir, yani kütlesinin herhangi bir simetri tarafından yasaklanmadığı anlamına gelir; simetriyi kendiliğinden bozması gerekmiyor, bu da kütlesinin neden büyük olacağını açıklıyor.
Burada, indirgenemez spinor temsili 16, SU(5)'ün hem 5'ini hem de 10'unu ve sağ-elli nötrinoları ve dolayısıyla bir neslin parçacıklarının toplam içeriğini içerdiğinden, maddenin birleşmesi daha da eksiksizdir. nötrino kütleleri ile genişletilmiş standart model. Bu, maddenin sadece bilinen parçacıklarını (Higgs sektörü hariç) içeren bir şemada maddenin birleştirilmesini sağlayan en büyük basit gruptur.
Çeşitli standart model fermiyonlar daha büyük temsiller halinde gruplandırıldığından, GUT'ler özellikle bir elektron ve bir elektron arasındaki gibi fermiyon kütleleri arasındaki ilişkileri tahmin eder.aşağı kuark, müon ve garip kuark ve SU(5) için tau lepton ve aşağı kuark. Bu kütle oranlarının bazıları yaklaşıktır, ancak çoğu değildir.
SO(10) teorisi
SO(10) için bozonik matris, SU(5)'ün 10 + 5 temsilinden oluşan 15×15'lik bir matris alınarak ve sağ nötrino için fazladan bir satır ve sütun eklenerek bulunur. Bozonlar, 20 yüklü bozonun (2 sağ W bozonu, 6 büyük yüklü gluon ve 12 X/Y tipi bozon) her birine bir ortak eklenerek ve 5 nötr bozon yapmak için ekstra ağır nötr Z bozonu eklenerek bulunabilir. Bozonik matris, her satırda ve sütunda bir bozona veya onun yeni ortağına sahip olacaktır. Bu çiftler, tanıdık 16D Dirac spin matrisleri SO(10) oluşturmak için birleşir.
Standart Model
Daha yüksek SU(N) GUT'lerde doğal olarak görünen bölünmüş çoklu parçacıkların vektör spektrumlu Standart Modelin kiral olmayan uzantıları, çöl fiziğini önemli ölçüde değiştirir ve olağan üç kuark-lepton için gerçekçi (sıra ölçeğinde) büyük birleşmeye yol açar aileleri süpersimetri kullanmadan bile (aşağıya bakınız). Öte yandan, süpersimetrik SU(8) GUT'ta ortaya çıkan yeni bir eksik VEV mekanizmasının ortaya çıkması nedeniyle, ayar hiyerarşisi sorununa (ikili-üçlü bölme) ve lezzet birleştirme sorununa eşzamanlı bir çözüm bulunabilir.
Diğer teoriler ve temel parçacıklar
Dört aile/nesil ile GUT, SU(8): 3 yerine 4 nesil fermiyonun toplam 64 parçacık türü oluşturduğunu varsayarsak. 64=8 + 56 SU(8) temsillerine yerleştirilebilirler. Bu, SU(5) teorisi olan SU(5) × SU(3) F × U(1)'e ve nesil sayısını etkileyen bazı ağır bozonlara bölünebilir.
Dört aile/nesil ile GUT, O(16): Yine, 4 nesil fermiyon, 128 partikül ve antipartikülün tek bir O(16) spinor temsiline sığabileceğini varsayarsak. Bütün bunlar, büyük birleşik teoriye giden yolda keşfedildi.
