Grand Unified Theory (GUT, GUT o GUT - lahat ng tatlong abbreviation ay gagamitin sa artikulo) ay isang modelo sa particle physics kung saan, sa mataas na enerhiya, ang tatlong gauge na interaksyon ng karaniwang modelo na tumutukoy sa electromagnetic, ang mahina at malakas na pakikipag-ugnayan o pwersa ay pinagsama sa isang puwersa. Ang pinagsamang pakikipag-ugnayan na ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang mahusay na sukat ng mas malaking sukat, at samakatuwid ay maraming mga puwersa ng carrier, ngunit isang permanenteng bono. Kung ang isang engrandeng pag-iisa ay naganap sa kalikasan, may posibilidad ng isang engrandeng panahon ng pagkakaisa sa unang bahagi ng uniberso kung saan ang mga pangunahing puwersa ay hindi pa naiiba.
Grand Unified Theory sa madaling sabi
Ang mga modelong hindi pinagsasama-sama ang lahat ng pakikipag-ugnayan gamit ang isang simpleng grupo bilang sukatan ng simetriya, ginagawa ito gamit ang mga semisimpleng grupo, ay maaaring magpakita ng mga katulad na katangian at kung minsan ay tinatawag ding mga grand unification theories.
Ang pagsasama-sama ng gravity sa iba pang tatlong puwersa ay magbibigay ng teorya ng lahat (OO) sa halip na isang GUT. Gayunpaman, ang GUT ay madalas na nakikita bilang isang intermediate na hakbang patungo sa OO. Ang lahat ng ito ay mga ideyang katangian para sa mga dakilang teorya ng unification at superunification.
Ang mga bagong particle na hinulaang ng mga modelo ng GUT ay inaasahang magkakaroon ng mga masa sa paligid ng GUT scale - ilang mga order lang ng magnitude sa ibaba ng Planck scale - at samakatuwid ay hindi maabot para sa anumang iminungkahing mga eksperimento sa particle collider. Samakatuwid, ang mga particle na hinulaang ng mga modelo ng GUT ay hindi direktang maobserbahan, at sa halip, ang mga enggrandeng epekto ng unification ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng hindi direktang mga obserbasyon gaya ng proton decay, elementary particle electric dipole moments, o neutrino properties. Ang ilang GUT, gaya ng Pati Salam model, ay hinuhulaan ang pagkakaroon ng magnetic monopole.
Mga katangian ng mga modelo
Ang mga modelong GUT, na naglalayong maging ganap na makatotohanan, ay medyo kumplikado, kahit na kumpara sa karaniwang modelo, dahil dapat silang magpakilala ng mga karagdagang field at pakikipag-ugnayan, o kahit na mga karagdagang dimensyon ng espasyo. Ang pangunahing dahilan para sa pagiging kumplikado na ito ay nakasalalay sa kahirapan ng muling paggawa ng mga naobserbahang masa ng fermion at paghahalo ng mga anggulo, na maaaring dahil sa pagkakaroon ng ilang karagdagang mga simetriko ng pamilya sa labas ng tradisyonal na mga modelo ng GUT. Dahil sa kahirapan na ito at kawalan ng anumang nakikitang epekto ng grand unification, wala pa ring pangkalahatang tinatanggap na modelo ng GUT.
Historical munaisang tunay na GUT batay sa simpleng SU group ni Lee ang iminungkahi nina Howard George at Sheldon Glashow noong 1974. Ang modelong Georgi-Glashow ay naunahan ng semisimpleng Lie algebra Pati-Salam na modelo na iminungkahi nina Abdus Salam at Jogesh Pati, na unang nagmungkahi ng mga interaksyon ng unifying gauge.
Kasaysayan ng pangalan
Ang pagdadaglat na GUT (GUT) ay unang ginawa noong 1978 ng mga mananaliksik ng CERN na sina John Ellis, Andrzej Buras, Mary C. Gayard at Dmitry Nanopoulos, ngunit sa huling bersyon ng kanilang artikulo ay pinili nila ang GUM (great unification mass). Nanopoulos mamaya sa taong iyon ang unang gumamit ng acronym sa isang artikulo. Sa madaling salita, maraming gawain ang nagawa sa daan patungo sa Grand Unified Theory.
Pagiging karaniwan ng mga konsepto
Ang abbreviation na SU ay ginagamit upang sumangguni sa mga grand unification theories, na madalas na tinutukoy sa buong artikulong ito. Ang katotohanan na ang mga electric charge ng mga electron at proton ay tila nagkansela sa isa't isa nang may matinding katumpakan ay mahalaga sa macroscopic na mundo tulad ng alam natin, ngunit ang mahalagang katangian ng elementarya na mga particle ay hindi ipinaliwanag sa karaniwang modelo ng particle physics. Bagama't ang paglalarawan ng malakas at mahinang pakikipag-ugnayan sa Standard Model ay batay sa gauge symmetries na pinamamahalaan ng simpleng SU(3) at SU(2) symmetry group na nagpapahintulot lamang sa mga discrete charge, ang natitirang bahagi, ang mahinang hypercharge interaction, ay inilalarawan ng ang Abelian U(1), na sa prinsipyo ay nagpapahintulotarbitrary na pamamahagi ng mga singil.
Ang naobserbahang quantization ng singil, lalo na ang katotohanang ang lahat ng kilalang elementary particle ay may mga electric charge na mukhang eksaktong multiple ng ⅓ ng elementary charge, na humantong sa ideya na ang mga hypercharge na pakikipag-ugnayan at posibleng malakas at mahinang mga pakikipag-ugnayan ay maaaring mabuo sa isang malaking pinag-isang pakikipag-ugnayan na inilalarawan ng isang mas malaking simpleng pangkat ng simetrya na naglalaman ng karaniwang modelo. Awtomatikong mahulaan nito ang quantized na kalikasan at mga halaga ng lahat ng singil ng elementarya na mga particle. Dahil humahantong din ito sa isang hula ng mga kaugnay na lakas ng pinagbabatayan na mga pakikipag-ugnayan na aming naobserbahan, lalo na ang mahinang anggulo ng paghahalo, perpektong binabawasan ng Grand Unification ang bilang ng mga independiyenteng input, ngunit limitado rin sa mga obserbasyon. Kahit na parang pangkalahatan ang grand unified theory, ang mga aklat tungkol dito ay hindi masyadong sikat.
Georgie-Glasgow Theory (SU (5))
Ang engrandeng pag-iisa ay nakapagpapaalaala sa pag-iisa ng mga puwersang elektrikal at magnetic sa teorya ni Maxwell ng electromagnetism noong ika-19 na siglo, ngunit ang pisikal na kahulugan at istrukturang matematika nito ay naiiba sa husay.
Gayunpaman, hindi halata na ang pinakasimpleng posibleng pagpipilian para sa pinalawig na grand unified symmetry ay ang paggawa ng tamang hanay ng mga elementary particle. Ang katotohanan na ang lahat ng kasalukuyang kilalang mga particle ng bagay ay magkasya nang maayos sa tatlong pinakamaliit na SU(5) na mga teorya ng representasyon ng grupo at agad na nagdadala ng mga tamang nakikitang singil ay isa sa mga una atang pinakamahalagang dahilan kung bakit naniniwala ang mga tao na ang grand unified theory ay talagang maisasakatuparan sa kalikasan.
Ang dalawang pinakamaliit na hindi mababawasan na representasyon ng SU(5) ay 5 at 10. Sa karaniwang notasyon, ang 5 ay naglalaman ng mga conjugates ng charge ng isang right-handed down-type color triplet at isang left-lefton isospin doublet, habang 10 naglalaman ng anim na bahagi ng isang up-type na quark, kulayan ang isang triplet ng isang left-handed down-type na quark at isang right-handed electron. Ang pamamaraan na ito ay dapat na kopyahin para sa bawat isa sa tatlong kilalang henerasyon ng bagay. Kapansin-pansin na ang teorya ay hindi naglalaman ng mga anomalya sa nilalamang ito.
Ang Hypothetical right-handed neutrino ay isang SU(5) singlet, ibig sabihin, ang masa nito ay hindi ipinagbabawal ng anumang simetrya; hindi nito kailangang kusang masira ang symmetry, na nagpapaliwanag kung bakit magiging malaki ang masa nito.
Dito, ang pag-iisa ng bagay ay mas kumpleto, dahil ang hindi mababawasan na representasyon ng spinor 16 ay naglalaman ng parehong 5 at 10 ng SU(5) at kanang kamay na mga neutrino, at sa gayon ang kabuuang nilalaman ng mga particle ng isang henerasyon ng pinahabang karaniwang modelo na may mga masa ng neutrino. Ito na ang pinakamalaking simpleng pangkat na nakakamit ang pag-iisa ng matter sa isang scheme na kinabibilangan lang ng mga kilalang particle ng matter (maliban sa sektor ng Higgs).
Dahil ang iba't ibang karaniwang modelong fermion ay pinagsama-sama sa mas malalaking representasyon, partikular na hinuhulaan ng mga GUT ang mga ugnayan sa pagitan ng masa ng fermion, gaya ng sa pagitan ng isang electron atdown quark, muon, at kakaibang quark; at ang tau lepton at down quark para sa SU(5). Ang ilan sa mga mass ratio na ito ay tinatayang, ngunit karamihan ay hindi.
SO(10) theory
Ang bosonic matrix para sa SO(10) ay matatagpuan sa pamamagitan ng pagkuha ng 15×15 matrix ng 10 + 5 na representasyon ng SU(5) at pagdaragdag ng karagdagang row at column para sa tamang neutrino. Ang mga boson ay mahahanap sa pamamagitan ng pagdaragdag ng kasosyo sa bawat isa sa 20 na sisingilin na boson (2 kanang W boson, 6 napakalaking naka-charge na gluon at 12 X/Y na uri ng boson) at pagdaragdag ng sobrang mabigat na neutral na Z boson upang makagawa ng 5 neutral na boson. Ang bosonic matrix ay magkakaroon ng boson o ang bagong partner nito sa bawat row at column. Ang mga pares na ito ay nagsasama-sama upang lumikha ng pamilyar na 16D Dirac spin matrice SO(10).
Standard Model
Nonchiral extension ng Standard Model na may vector spectra ng split multiplet particle na natural na lumilitaw sa mas matataas na SU(N) GUT ay makabuluhang nagbabago sa desert physics at humahantong sa realistic (row-scale) grand unification para sa karaniwang tatlong quark-lepton pamilya kahit na hindi gumagamit ng supersymmetry (tingnan sa ibaba). Sa kabilang banda, dahil sa paglitaw ng isang bagong nawawalang mekanismo ng VEV na umuusbong sa supersymmetric SU(8) GUT, isang sabay-sabay na solusyon sa problema sa hierarchy ng gauge (doublet-triplet splitting) at ang problema sa pag-iisa ng lasa.
Iba pang teorya at elementarya na particle
GUT na may apat na pamilya/henerasyon, SU(8): kung ipagpalagay na 4 na henerasyon ng mga fermion sa halip na 3 ay bumubuo ng kabuuang 64 na uri ng particle. Maaari silang ilagay sa 64=8 + 56 SU(8) na representasyon. Maaari itong hatiin sa SU(5) × SU(3) F × U(1), na siyang teorya ng SU(5), kasama ng ilang mabibigat na boson na nakakaapekto sa generation number.
GUT na may apat na pamilya/henerasyon, O(16): Muli, kung ipagpalagay na 4 na henerasyon ng fermion, 128 particle at antiparticle ay maaaring magkasya sa isang representasyon ng spinor ng O(16). Ang lahat ng mga bagay na ito ay natuklasan sa daan patungo sa engrandeng pinag-isang teorya.
