Nadharia Kuu Iliyounganishwa (GUT, GUT au GUT - vifupisho vyote vitatu vitatumika katika makala) ni modeli katika fizikia ya chembe ambayo, kwa nishati ya juu, mwingiliano wa geji tatu za muundo wa kawaida unaobainisha sumakuumeme., mwingiliano dhaifu na wenye nguvu au nguvu huunganishwa katika nguvu moja. Uingiliano huu wa pamoja una sifa ya ulinganifu mmoja wa kupima zaidi, na kwa hiyo vikosi kadhaa vya carrier, lakini dhamana moja ya kudumu. Ikiwa muungano mkuu utatokea katika asili, kuna uwezekano wa enzi kuu ya muungano katika ulimwengu wa awali ambapo nguvu za kimsingi bado hazijatofautiana.
Nadharia Kuu ya Umoja kwa ufupi
Miundo ambayo haiunganishi mwingiliano wote kwa kutumia kikundi kimoja rahisi kama ulinganifu wa geji, fanya hivyo kwa kutumia vikundi visivyo na kipimo, inaweza kuonyesha sifa zinazofanana na wakati mwingine pia huitwa nadharia kuu za umoja.
Kuchanganya mvuto na nguvu nyingine tatu kungetoa nadharia ya kila kitu (OO) badala ya TUMBO. Walakini, GUT mara nyingi huonekana kama hatua ya kati kuelekea OO. Haya yote ni mawazo bainifu ya nadharia kuu za muungano na umoja zaidi.
Chembechembe mpya zilizotabiriwa na miundo ya GUT zinatarajiwa kuwa na wingi karibu na kipimo cha GUT - maagizo machache tu ya ukubwa chini ya kipimo cha Planck - na kwa hivyo hazipatikani kwa majaribio yoyote ya kugonga chembe yanayopendekezwa. Kwa hivyo, chembe zilizotabiriwa na miundo ya GUT haziwezi kuzingatiwa moja kwa moja, na badala yake, athari kubwa za kuunganisha zinaweza kutambuliwa kupitia uchunguzi usio wa moja kwa moja kama vile kuoza kwa protoni, muda wa dipole ya chembe ya msingi, au sifa za neutrino. Baadhi ya GUT, kama vile modeli ya Pati Salam, hutabiri kuwepo kwa monopoles za sumaku.
Sifa za wanamitindo
Miundo ya GUT, ambayo inalenga kuwa halisi kabisa, ni changamano, hata ikilinganishwa na muundo wa kawaida, kwa sababu lazima ianzishe nyuga na mwingiliano wa ziada, au hata vipimo vya ziada vya nafasi. Sababu kuu ya utata huu iko katika ugumu wa kuzaliana wingi wa fermion unaozingatiwa na pembe za kuchanganya, ambayo inaweza kuwa kutokana na kuwepo kwa ulinganifu wa ziada wa familia nje ya mifano ya jadi ya GUT. Kwa sababu ya ugumu huu na kutokuwepo kwa athari yoyote kuu inayoonekana ya kuunganisha, bado hakuna modeli ya GUT inayokubalika kwa ujumla.
Kihistoria kwanzaGUT ya kweli kulingana na kikundi rahisi cha Lee cha SU kilipendekezwa na Howard George na Sheldon Glashow mnamo 1974. Muundo wa Georgi-Glashow ulitanguliwa na mtindo wa Lie algebra Pati-Salam uliopendekezwa na Abdus Salam na Jogesh Pati, ambao kwanza walipendekeza mwingiliano wa kupima kuunganisha.
Historia ya majina
Kifupi GUT (GUT) kiliundwa kwa mara ya kwanza mwaka wa 1978 na watafiti wa CERN John Ellis, Andrzej Buras, Mary C. Gayard na Dmitry Nanopoulos, lakini katika toleo la mwisho la makala yao walichagua GUM (misa kubwa ya kuunganisha). Nanopoulos baadaye mwaka huo alikuwa wa kwanza kutumia kifupi katika makala. Kwa kifupi, kazi nyingi zimefanywa kwenye njia ya kuelekea kwa Nadharia Kuu Iliyounganishwa.
Kuzoeleka kwa dhana
Kifupi SU kinatumika kurejelea nadharia kuu za muungano, ambazo zitarejelewa mara kwa mara katika makala haya yote. Ukweli kwamba chaji za umeme za elektroni na protoni zinaonekana kufuta kila mmoja kwa usahihi uliokithiri ni muhimu kwa ulimwengu wa macroscopic kama tunavyoijua, lakini sifa hii muhimu ya chembe za msingi haijafafanuliwa katika mfano wa kawaida wa fizikia ya chembe. Ingawa maelezo ya mwingiliano thabiti na dhaifu katika Muundo wa Kawaida yanatokana na ulinganifu wa vipimo vinavyodhibitiwa na vikundi rahisi vya ulinganifu wa SU(3) na SU(2) ambavyo huruhusu malipo mahususi pekee, kipengee kilichosalia, mwingiliano hafifu wa chaji ya ziada, hufafanuliwa na Abelian U(1), ambayo kimsingi inaruhusuusambazaji holela wa malipo.
Ukadiriaji wa chaji uliozingatiwa, yaani, ukweli kwamba chembe msingi zote zinazojulikana hubeba chaji za umeme zinazoonekana kuwa rudufu kamili za ⅓ za chaji ya msingi, ilisababisha wazo kwamba mwingiliano wa chaji ya ziada na labda mwingiliano mkali na dhaifu unaweza kujengwa. katika mwingiliano mmoja mkuu ulioelezewa na kikundi kimoja kikubwa rahisi cha ulinganifu kilicho na muundo wa kawaida. Hii itatabiri kiatomati asili iliyokadiriwa na maadili ya malipo yote ya chembe za msingi. Kwa sababu pia husababisha utabiri wa nguvu za jamaa za mwingiliano wa kimsingi tunaoona, haswa pembe dhaifu ya uchanganyaji, Grand Unification hupunguza idadi ya pembejeo huru, lakini pia ni mdogo kwa uchunguzi. Ingawa nadharia kuu ya umoja inaweza kuonekana kuwa ya ulimwengu wote, vitabu juu yake si maarufu sana.
Nadharia ya Georgie-Glasgow (SU (5))
Muungano mkuu unakumbusha muungano wa nguvu za umeme na sumaku katika nadharia ya Maxwell ya sumaku-umeme katika karne ya 19, lakini maana yake ya kimwili na muundo wa hisabati ni tofauti kimaelezo.
Hata hivyo, si dhahiri kwamba chaguo rahisi iwezekanavyo kwa ulinganifu mkuu uliopanuliwa ni kutoa seti sahihi ya chembe za msingi. Ukweli kwamba chembe zote zinazojulikana kwa sasa zinalingana vyema na nadharia tatu ndogo zaidi za uwakilishi wa kikundi cha SU(5) na kubeba chaji zinazoonekana mara moja ni moja ya nadharia za kwanza na za kwanza.sababu muhimu zaidi kwa nini watu wanaamini kwamba nadharia kuu ya umoja inaweza kweli kutekelezwa katika asili.
Viwakilisho viwili vidogo zaidi visivyoweza kurekebishwa vya SU(5) ni 5 na 10. Katika nukuu ya kawaida, 5 ina miunganisho ya chaji ya sehemu tatu ya rangi tatu ya mkono wa kulia na isospin doublet ya kushoto, huku 10. ina vipengele sita vya quark ya aina ya juu, rangi ya quark ya chini ya mkono wa kushoto na elektroni ya mkono wa kulia. Mpango huu lazima uzaliwe tena kwa kila moja ya vizazi vitatu vinavyojulikana vya maada. Ni vyema kutambua kwamba nadharia haina hitilafu katika maudhui haya.
Neutrino za kidhahania za mkono wa kulia ni SU(5) singleti, kumaanisha kwamba uzito wake haujakatazwa na ulinganifu wowote; haihitaji kuvunja ulinganifu kwa hiari, ambayo inaeleza kwa nini wingi wake utakuwa mkubwa.
Hapa, muunganisho wa mata umekamilika zaidi, kwa kuwa uwakilishi wa spina usioweza kupunguzwa 16 una 5 na 10 za SU(5) na neutrino za mkono wa kulia, na hivyo basi maudhui ya jumla ya chembe za kizazi kimoja cha muundo wa kawaida uliopanuliwa na wingi wa neutrino. Hili tayari ndilo kundi rahisi zaidi linalofanikisha muunganisho wa maada katika mpango unaojumuisha chembe chembe za mada ambazo tayari zinajulikana (isipokuwa sekta ya Higgs).
Kwa sababu aina mbalimbali za fermions za kawaida zimepangwa katika viwakilishi vikubwa, GUT hutabiri hasa uhusiano kati ya wingi wa fermion, kama vile kati ya elektroni nachini quark, muon, na quark ajabu, na tau lepton na chini quark kwa SU (5). Baadhi ya uwiano huu wa wingi ni wa kukadiria, lakini wengi hawana.
Nadharia ya SO(10)
Matrix ya kifua cha SO(10) hupatikana kwa kuchukua matrix 15×15 ya 10 + 5 ya uwakilishi wa SU(5) na kuongeza safu mlalo na safu wima ya ziada ya neutrino ya kulia. Mifupa inaweza kupatikana kwa kuongeza mshirika kwa kila bosoni 20 zinazotozwa (2 kulia W bosons, gluon 6 kubwa na 12 za aina ya X/Y) na kuongeza boson nzito ya ziada isiyo na upande ya Z ili kufanya bosons 5 zisizo na upande. Matrix ya kifuani itakuwa na kifua au mshirika wake mpya katika kila safu na safu. Jozi hizi huchanganyika ili kuunda matiki zinazozunguka za 16D Dirac SO(10).
Mfano wa Kawaida
Viendelezi visivyo vya kawaida vya Muundo wa Kawaida wenye mwonekano wa vekta wa chembe nyingi zilizogawanyika ambazo kwa kawaida huonekana katika GUT za SU(N) za juu hubadilisha sana fizikia ya jangwa na kusababisha muunganisho wa kweli (safu mlalo) kwa leptoni tatu za kawaida za quark. familia hata bila kutumia supersymmetry (tazama hapa chini). Kwa upande mwingine, kutokana na kuibuka kwa utaratibu mpya wa VEV ambao haupo unaojitokeza katika ulinganifu wa juu wa SU(8) GUT, suluhu la wakati mmoja la tatizo la daraja la geji (mgawanyiko wa triplet mbili) na tatizo la kuunganisha ladha linaweza kupatikana.
Nadharia zingine na chembe za msingi
GUT yenye familia/vizazi vinne, SU(8): ikizingatiwa kuwa vizazi 4 vya fermions badala ya 3 vinazalisha jumla ya aina 64 za chembe. Wanaweza kuwekwa katika uwakilishi wa 64=8 + 56 SU (8). Hii inaweza kugawanywa katika SU(5) × SU(3) F × U(1), ambayo ni nadharia ya SU(5), pamoja na baadhi ya vifusi vizito vinavyoathiri nambari ya kizazi.
GUT yenye familia/vizazi vinne, O(16): Tena, tukichukua vizazi 4 vya fermions, chembe 128 na antiparticles zinaweza kutoshea kwenye kiwakilishi kimoja cha O(16). Mambo haya yote yaligunduliwa kwenye njia ya kuelekea kwenye nadharia kuu ya umoja.
