На пути к Теории Великого Объединения

Теории великого объединения: история возникновения, основные положения

На пути к Теории Великого Объединения

Теории великого объединения (GUT, ГУТ или ТВО – все три аббревиатуры будут использоваться в статье) – это модель в физике элементарных частиц, в которой при высокой энергии три калибровочных взаимодействия стандартной модели, которые определяют электромагнитные, слабые и сильные взаимодействия или силы, объединяются в одну единую силу. Это объединенное взаимодействие характеризуется одной симметрией большей калибровки и, следовательно, несколькими несущими силами, но одной постоянной связью. Если великое объединение реализуется в природе, существует вероятность эпохи великого объединения в ранней Вселенной, в которой фундаментальные силы еще не различны.

Изучение школьного русского языка. Разделы русского языка

Теория великого объединения: кратко

Модели, которые не объединяют все взаимодействия, используя одну простую группу в качестве калибровочной симметрии, делают это с использованием полупростых групп, могут демонстрировать аналогичные свойства и иногда также называются великими теориями объединения.

Канал ДНЕВНИК ПРОГРАММИСТА Жизнь программиста и интересные обзоры всего. , чтобы не пропустить новые видео.

Объединение гравитации с тремя другими взаимодействиями обеспечило бы теорию всего (ОО), а не ГУТ. Тем не менее GUT часто рассматриваются как промежуточный шаг к ОО. Все это характерные идеи для великих теорий объединения и суперобъединения.

Правило рычага. Формулировка и формула

Ожидается, что новые частицы, предсказанные моделями GUT, будут иметь массы вокруг шкалы GUT – всего на несколько порядков ниже шкалы Планка – и поэтому будут недоступны для любых предполагаемых экспериментов на коллайдере частиц.

Следовательно, частицы, предсказанные с помощью моделей GUT, не смогут наблюдаться напрямую, и вместо этого эффекты великого объединения могут быть обнаружены с помощью косвенных наблюдений, таких как распад протона, электрические дипольные моменты элементарных частиц или свойства нейтрино.

Некоторые GUT, такие как модель Пати-Салама, предсказывают существование магнитных монополей.

Характеристика моделей

Модели GUT, которые стремятся быть полностью реалистичными, довольно сложны, даже по сравнению со стандартной моделью, потому что они должны вводить дополнительные поля и взаимодействия, или даже дополнительные измерения пространства.

Основная причина этой сложности заключается в трудности воспроизведения наблюдаемых масс фермионов и углов смешения, что может быть связано с существованием некоторых дополнительных симметрий семейства за пределами традиционных моделей GUT.

Из-за этой трудности и отсутствия какого-либо наблюдаемого эффекта великого объединения до сих пор не существует общепринятой модели GUT.

Военная немецкая техника Второй мировой войны

Исторически первый настоящий GUT, основанный на простой группе Ли SU, был предложен Говардом Георгием и Шелдоном Глэшоу в 1974 году. Модели Георги-Глэшоу предшествовала полупростая алгебра Ли модель Пати-Салама, предложенная Абдусом Саламом и Джогешем Пати, которые впервые предложили объединить калибровочные взаимодействия.

История названия

Аббревиатура GUT (ТВО) впервые была придумана в 1978 году исследователями ЦЕРН Джоном Эллисом, Анджей Бурасом, Мэри К.

Гайард и Дмитрием Нанопулосом, однако в окончательной версии своей статьи они выбрали GUM (масса великого объединения). Nanopoulos позже в том же году был первым, кто использовал аббревиатуру в статье.

Говоря кратко, на пути к теории великого объединения была проделана масса работы.

Общность концепций

Сокращение SU используется для обозначения теорий великого объединения, что часто будет упоминаться в этой статье.

Тот факт, что электрические заряды электронов и протонов, по-видимому, взаимно компенсируют друг друга с предельной точностью, является существенным для макроскопического мира, каким мы его знаем, но это важное свойство элементарных частиц не объясняется в стандартной модели физики элементарных частиц. В то время как описание сильных и слабых взаимодействий в стандартной модели основано на калибровочных симметриях, управляемых простыми группами симметрий SU (3) и SU (2), которые допускают только дискретные заряды, оставшаяся компонента, взаимодействие слабого гиперзаряда, описывается абелевой симметрией U (1), которая в принципе допускает произвольное распределение зарядов.

Наблюдаемое квантование заряда, а именно тот факт, что все известные элементарные частицы несут электрические заряды, которые представляются точными кратными ⅓ элементарного заряда, привело к идее, что гиперзарядные взаимодействия и, возможно, сильные и слабые взаимодействия могут быть встроены в одно великое объединенное взаимодействие, описываемое одной большей простой группой симметрии, содержащей стандартную модель. Это автоматически предскажет квантованную природу и значения всех зарядов элементарных частиц. Поскольку это также приводит к предсказанию относительных сил основных взаимодействий, которые мы наблюдаем, в частности, к слабому углу смешивания, Grand Unification в идеале уменьшает количество независимых входных параметров, но также ограничивается наблюдениями. Какой бы универсальной не казалась теория великого объединения, книги по ней не слишком популярны.

Теория Джорджи-Глазгоу (SU (5))

Великое объединение напоминает объединение электрических и магнитных сил по теории электромагнетизма Максвелла в XIX веке, но его физическое значение и математическая структура качественно отличаются.

Однако не очевидно, что простейший возможный выбор для расширенной великой объединенной симметрии должен дать правильный набор элементарных частиц.

Тот факт, что все известные в настоящее время частицы материи хорошо вписываются в три наименьших теории групповых представлений SU (5) и сразу несут правильные наблюдаемые заряды, является одной из первых и наиболее важных причин, по которым люди полагают, что великая теория объединения может на самом деле быть реализованной в природе.

Двумя наименьшими неприводимыми представлениями SU (5) являются 5 и 10.

В стандартном назначении 5 содержит зарядовые конъюгаты цветового триплета правостороннего кварка нисходящего типа и изоспинового дублета левонного левтона, в то время как 10 содержит шесть компонентов кварка восходящего типа, цветовой триплет левого кварка нисходящего типа и правосторонний электрон. Эта схема должна быть воспроизведена для каждого из трех известных поколений материи. Примечательно, что теория не содержит аномалий с этим содержанием.

Гипотетические правосторонние нейтрино являются синглетом SU (5), что означает, что его масса не запрещена какой-либо симметрией; он не нуждается в самопроизвольном нарушении симметрии, что объясняет, почему его масса будет большой.

Здесь объединение материи является еще более полным, поскольку неприводимое спинорное представление 16 содержит как 5 и 10 из SU (5), так и правостороннее нейтрино, и, таким образом, полное содержание частиц одного поколения расширенной стандартной модели с нейтринные массы. Это уже самая большая простая группа, которая достигает объединения материи в схеме, включающей только уже известные частицы материи (кроме сектора Хиггса).

Поскольку различные стандартные модельные фермионы сгруппированы в более крупные представления, GUT специально предсказывают отношения между массами фермионов, такими как между электроном и нижним кварком, мюоном и странным кварком, а также тау-лептоном и нижним кварком для SU (5). Некоторые из этих массовых соотношений выполняются приблизительно, но большинство этого не делают.

Теория SO (10)

Бозонная матрица для SO (10) находится путем взятия матрицы 15 × 15 из 10 + 5 представления SU (5) и добавления дополнительной строки и столбца для правого нейтрино.

Бозоны можно найти, добавив партнера к каждому из 20 заряженных бозонов (2 правых W-бозона, 6 массивных заряженных глюонов и 12 бозонов типа X/Y) и добавив дополнительный тяжелый нейтральный Z-бозон, чтобы сделать 5 нейтральных бозонов.

Бозонная матрица будет иметь бозон или его нового партнера в каждой строке и столбце. Эти пары объединяются, чтобы создать знакомые 16D дираковские спинорные матрицы SO (10).

Стандартная модель

Нехиральные расширения стандартной модели с векторными спектрами расщепленных мультиплетных частиц, которые естественным образом появляются в высших SU (N) GUT, значительно изменяют физику пустыни и приводят к реалистическому (в масштабе строки) великому объединению для обычных трех кварк-лептонных семейств даже без использования суперсимметрии (см. ниже). С другой стороны, благодаря появлению нового недостающего механизма VEV, возникающего в суперсимметричной SU (8) GUT, может быть найдено одновременное решение проблемы калибровочной иерархии (дублет-триплетное расщепление) и проблемы объединения аромата.

Другие теории и элементарные частицы

GUT с четырьмя семействами/поколениями, SU (8): предполагая, что 4 поколения фермионов вместо 3 образуют в общей сложности 64 типа частиц. Их можно поместить в 64 = 8 + 56 представлений SU (8). Это можно разделить на SU (5) × SU (3) F × U (1), которая является теорией SU (5), вместе с некоторыми тяжелыми бозонами, которые влияют на число генерации.

GUT с четырьмя семействами/поколениями, O (16): опять же, предполагая 4 поколения фермионов, 128 частиц и античастиц можно поместить в одно спинорное представление O (16). Все эти вещи были открыты на пути к теории великого объединения.

Источник

Источник: https://1Ku.ru/obrazovanie/49245-teorii-velikogo-obedinenija-istorija-vozniknovenija-osnovnye-polozhenija/

ВЕЛИ́КОЕ ОБЪЕДИНЕ́НИЕ

На пути к Теории Великого Объединения

Авторы: Д. И. Казаков

ВЕЛИ́КОЕ ОБЪЕДИНЕ́НИЕ, тео­ре­тич. мо­де­ли, объ­е­ди­няю­щие три фун­дам.

взаи­мо­дей­ст­вия (из че­ты­рёх из­вест­ных) – силь­ное, сла­бое и элек­тро­маг­нит­ное – в еди­ное взаи­мо­дей­ст­вие, ко­то­рое мо­жет про­ис­хо­дить на сверх­ма­лых рас­стоя­ни­ях или при сверх­вы­со­ких темп-рах. (Кро­ме пе­ре­чис­лен­ных вы­ше, к фун­да­мен­таль­ным от­но­сит­ся так­же гра­ви­та­ци­он­ное взаи­мо­дей­ст­вие.)

Все фун­дам. взаи­мо­дей­ст­вия осу­ще­ст­в­ля­ют­ся пу­тём об­ме­на кван­та­ми со­от­вет­ст­вую­ще­го по­ля и ха­рак­те­ри­зу­ют­ся ин­тен­сив­но­стью и ра­диу­сом дей­ст­вия.

Силь­ное взаи­мо­дей­ст­вие обес­пе­чи­ва­ет ста­биль­ность атом­ных ядер и име­ет ра­ди­ус дей­ст­вия $r$ по­ряд­ка 10–14  см, сла­бое взаи­мо­дей­ст­вие от­вет­ст­вен­но за ра­дио­ак­тив­ный рас­пад и име­ет ра­ди­ус дей­ст­вия по­ряд­ка 10–16 см, элек­тро­маг­нит­ное взаи­мо­дей­ст­вие име­ет бес­ко­неч­ный ра­ди­ус дей­ст­вия, оно при­су­ще всем час­ти­цам с элек­трич. за­ря­дом. Ин­тен­сив­но­сти взаи­мо­дей­ст­вий ха­рак­те­ри­зу­ют­ся без­раз­мер­ны­ми чис­ла­ми – кон­стан­та­ми взаи­мо­дей­ст­вий (кон­стан­та­ми свя­зи). Для трёх фун­дам. взаи­мо­дей­ст­вий они рав­ны: $α_1≈0,017, α_2≈0,034\: и\: α_3≈0,118$ (для элек­тро­маг­нит­но­го, сла­бо­го и силь­но­го взаи­мо­дей­ст­вий со­от­вет­ст­вен­но).

Лю­бое взаи­мо­дей­ст­вие ха­рак­те­ри­зу­ет­ся оп­ре­де­лён­ной сим­мет­ри­ей урав­не­ний, ко­то­рая в ма­те­ма­ти­ке на­зы­ва­ет­ся спе­циаль­ной уни­тар­ной сим­мет­ри­ей (груп­пой) $SU(n)$. В слу­чае силь­но­го взаи­мо­дей­ст­вия – это груп­па $SU(3)$, в слу­чае сла­бого – $SU(2)$, в слу­чае элек­тро­маг­нитно­го – $U(1)$.

Эта сим­мет­рия не име­ет от­но­ше­ния к про­стран­ст­вен­ной струк­ту­ре эле­мен­тар­ных час­тиц, уча­ст­вую­щих в фун­дам. взаи­мо­дей­ст­ви­ях, и на­зы­ва­ет­ся груп­пой внут­рен­ней сим­мет­рии. Она пол­но­стью ха­рак­те­ри­зу­ет вид взаи­мо­дей­ст­вия и на­бор уча­ст­вую­щих в нём час­тиц. Т. о., три из­вест­ных фун­дам.

взаи­мо­дей­ст­вия опи­сы­ва­ют­ся груп­пой сим­мет­рии $SU(3)×SU(2)×U(1)$. Со­от­вет­ст­вую­щая тео­рия по­лу­чи­ла на­зва­ние стан­дарт­ной мо­де­ли фун­дам. взаи­мо­дей­ст­вий.

При этом сла­бое и элек­тро­маг­нит­ное взаи­мо­дей­ст­вия сме­ши­ва­ют­ся, так что по­сто­ян­ная тон­кой струк­ту­ры $α ≈\: 1/_{137}$, ха­рак­тери­зую­щая ин­тен­сив­ность элек­тро­маг­нит­но­го взаи­мо­дей­ст­вия, ока­зы­ва­ет­ся ком­би­на­ци­ей кон­стант $α_1$и $α_2$. 

Со­глас­но тео­рии В. о., три фун­дам. взаи­мо­дей­ст­вия, столь да­лё­кие по сво­ей при­ро­де и па­ра­мет­рам, яв­ля­ют­ся тре­мя вет­вя­ми еди­но­го фун­дам. взаи­мо­дей­ст­вия, ха­рак­те­ри­зую­ще­го­ся бо­лее ши­ро­кой груп­пой сим­мет­рии.

Эта груп­па сим­мет­рии про­яв­ля­ет­ся на ма­лых рас­стоя­ни­ях по­ряд­ка 10–30 см или при вы­со­ких темп-рах по­ряд­ка 1025 эВ (1029 К), ко­то­рые су­щест­во­ва­ли на ран­них ста­ди­ях раз­ви­тия Все­лен­ной. При уве­ли­че­нии рас­стоя­ний или при по­ни­же­нии темп-ры сим­мет­рия спон­тан­но на­ру­ша­ет­ся.

При этом груп­па сим­мет­рии по­ни­жа­ет­ся и об­ра­зу­ют­ся три под­груп­пы, свя­зан­ные с тре­мя фун­даментальными взаи­мо­дей­ст­вия­ми. Груп­па сим­мет­рии тео­рии В. о. вклю­ча­ет в се­бя груп­пу сим­мет­рии стан­дарт­ной мо­де­ли в ка­че­ст­ве со­став­ной. Из­вест­ные тео­ре­тич. мо­де­ли В. о.

 ос­но­ва­ны на груп­пах сим­мет­р­ии $SU(5),\: SU(6), \:SO(10),\: E(6)$ и т. д.

Воз­мож­ность объ­е­ди­не­ния трёх взаи­мо­дей­ст­вий, ха­рак­те­ри­зуе­мых разл. ин­тен­сив­но­стя­ми, в еди­ное взаи­мо­дей­ст­вие ос­но­вы­ва­ет­ся на том фак­те, что кон­стан­ты взаи­мо­дей­ст­вий не яв­ля­ют­ся в дей­ст­ви­тель­но­сти по­сто­ян­ны­ми, а ме­ня­ют­ся с рас­стоя­ни­ем.

Это яв­ле­ние свя­за­но с по­ля­ри­за­цей ва­куу­ма и ана­ло­гич­но по­ля­ри­за­ции сре­ды вне­сён­ным в неё проб­ным за­ря­дом. В ре­зуль­та­те за­ряд ли­бо эк­ра­ни­ру­ет­ся, ли­бо ан­ти­эк­ра­ни­ру­ет­ся в за­ви­си­мо­сти от рас­стоя­ния. За­ви­си­мость кон­стан­ты взаи­мо­дей­ст­вия от рас­стоя­ния под­твер­жде­на экс­пе­ри­мен­таль­но.

Ока­зы­ва­ет­ся, что в то вре­мя как кон­стан­ты силь­но­го и сла­бо­го взаи­мо­дей­ст­вий убы­ва­ют с умень­ше­ни­ем рас­стоя­ния, кон­стан­та элек­тро­маг­нит­но­го взаи­мо­дей­ст­вия рас­тёт, и воз­мож­но их объ­е­ди­не­ние на не­ко­то­ром ма­лом мас­шта­бе. Эта эво­лю­ция опи­сы­ва­ет­ся т. н.

урав­не­ния­ми ре­нор­ма­ли­за­ци­он­ной груп­пы и при­бли­жён­но опи­сы­ва­ет­ся оди­на­ко­вой для всех мо­де­лей фор­му­лой: $$1/α_i(r)=1/α_i(r)+b_i\text{ln}(r/r_0),\: i=1,2,3,$$где чис­ла $b_i$ за­ви­сят от мо­де­ли.

При­ве­дён­ные вы­ше зна­че­ния кон­стант взаи­мо­дей­ст­вия от­но­сят­ся к мас­шта­бу $r_0$ = 10–16 см, со­от­вет­ст­вую­ще­му мас­се про­ме­жу­точ­но­го $Z$-бо­зо­на. Мо­де­ли В. о. ис­хо­дят из экс­т­ра­по­ля­ции урав­не­ний от рас­стоя­ний по­ряд­ка 10–16 см (дос­туп­ных совр. экс­пе­ри­мен­ту) до зна­чи­тель­но мень­ших рас­стоя­ний по­ряд­ка 10–30 (рис.).

Вы­со­ко­точ­ные из­ме­ре­ния кон­стант взаи­мо­дей­ст­вий на элек­трон-по­зи­трон­ном ус­ко­ри­те­ле LEP (ЦЕРН, Же­не­ва) по­зво­ли­ли про­ве­рить ги­по­те­зу объ­е­ди­не­ния взаи­мо­дей­ст­вий в рам­ках стан­дарт­ной мо­де­ли и да­ли от­ри­ца­тель­ный ре­зуль­тат.

Од­на­ко, ес­ли су­ще­ст­ву­ют не­из­вест­ные нам но­вые тя­жё­лые час­ти­цы, это по­влия­ет на ве­ли­чи­ну кон­стант $b_i$ и си­туа­ция из­ме­нит­ся. Так, напр., по­пу­ляр­ная ги­по­те­за о су­ще­ст­во­ва­нии но­вой сим­мет­рии эле­мен­тар­ных час­тиц, т. н.

су­пер­сим­мет­рии, или фер­ми­он-бо­зон­ной сим­мет­рии, пред­ска­зы­ва­ет су­ще­ст­во­ва­ние тя­жё­лых парт­нё­ров для ка­ж­дой эле­мен­тар­ной час­ти­цы.

В этом слу­чае объ­е­ди­не­ние взаи­мо­дей­ст­вий осу­ще­ст­ви­мо, ес­ли но­вые час­ти­цы име­ют мас­сы по­ряд­ка 1000 масс про­то­на и взаи­мо­дей­ст­вие про­ис­хо­дит на рас­стоя­ни­ях по­ряд­ка 10–30 см.

Ги­по­те­за В. о. ис­хо­дит из то­го, что сов­па­де­ние кон­стант не слу­чай­но, а сви­де­тель­ст­ву­ет о том, что на ма­лых рас­стоя­ни­ях взаи­мо­дей­ст­вия те­ря­ют ин­ди­ви­ду­аль­ность и ста­но­вят­ся ча­стью еди­но­го взаи­мо­дей­ст­вия с един­ст­вен­ной кон­стан­той свя­зи $α_{ТВО}$.

При этом обыч­ные час­ти­цы – квар­ки и леп­то­ны – так­же ут­ра­чи­ва­ют раз­ли­чия и ста­но­вят­ся воз­мож­ны­ми пе­ре­хо­ды ме­ж­ду ни­ми. Это при­ве­дёт, в ча­ст­но­сти, к рас­па­ду про­то­нов, вхо­дя­щих в атом­ные яд­ра. При обыч­ных энер­ги­ях ве­ро­ят­ность это­го про­цес­са ни­чтож­но ма­ла, но в тео­ри­ях В. о.

 мож­но оце­нить вре­мя жиз­ни про­то­на, ко­то­рое ока­зы­ва­ет­ся по­ряд­ка 1033–1034 лет. На­блю­де­ние та­ких со­бы­тий прак­ти­че­ски не­воз­мож­но.

Объ­е­ди­не­ние взаи­мо­дей­ст­вий в рам­ках тео­рии В. о. по­зво­ля­ет раз­ре­шить ряд про­блем; напр., объ­яс­нить, по­че­му про­тон и элек­трон име­ют оди­на­ко­вый по ве­ли­чи­не и про­ти­во­по­лож­ный по зна­ку элек­трич. за­ряд, по­че­му име­ет­ся оди­на­ко­вое чис­ло квар­ков и леп­то­нов, по­че­му на боль­ших мас­шта­бах су­ще­ст­ву­ет три ви­да взаи­мо­дей­ст­вий.

Источник: https://bigenc.ru/physics/text/1905807

На пути к Великому объединению

На пути к Теории Великого Объединения

С созданием квантовой хромодинамики появилась надежда на построение единой теории всех (или хотя бы трех из четырех) фундаментальных взаимодействий.

Модели, единым образом описывающие хотя бы, три из четырех фундаментальных взаимодействий, называются моделями Великого объединения.

Теоретические схемы, в рамках которых объединяются все известные типы взаимодействий (сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное) называются моделями супергравитации.

Опыт успешного объединения слабого и электромагнитного взаимодействий на основе идеи калибровочных полей подсказал возможные пути дальнейшего развития принципа единства физики, объединения фундаментальных физических взаимодействий.

Один из них основан на том удивительном факте, что константы взаимодействия электромагнитного, слабого и сильного взаимодействий становятся равными друг другу при одной и той же энергии. Эту энергию называли энергией объединения.

При энергии более 1014 ГэВ, или на расстояниях 10-29 см, сильные и слабые взаимодействия описываются единой константой, т. е. имеют общую природу. Кварки и лептоны здесь практически не различимы.

В 70—90-е гг. было разработано несколько конкурирующих между собой теорий Великого объединения. Все они основаны на одной и той же идее. Если электрослабое и сильное взаимодействия в действительности представляют собой лишь две стороны Великого единого взаимодействия, то последнему также должно соответствовать калибровочное поле с некоторой сложной симметрией.

Она должна быть достаточно общей, способной охватить все калибровочные симметрии, содержащиеся и в квантовой хромодинамике, и в теории электрослабого взаимодействия. Отыскание такой симметрии — главная задача на пути создания единой теории сильного и электрослабого взаимодействия.

Существуют разные подходы, порождающие конкурирующие варианты теорий Великого объединения.

Тем не менее все эти гипотетические варианты Великого объединения имеют ряд общих особенностей. Во-первых, во всех гипотезах кварки и лептоны — носители сильного и электрослабого взаимодействий — включаются в единую теоретическую схему.

До сих пор они рассматривались как совершенно различные объекты. Во-вторых, привлечение абстрактных калибровочных симметрий приводит к открытию новых типов полей, обладающих новыми свойствами, например способностью превращать кварки в лептоны.

В простейшем варианте теории Великого объединения для превращения кварков в лептоны требуется двадцать четыре поля. Двенадцать из квантов этих полей уже известны: фотон, две W-частицы, Z-частица и восемь глюонов.

Остальные двенадцать квантов — новые сверхтяжелые промежуточные бозоны, объединенные общим названием Х- и У-частицы (обладающие цветом и электрическим зарядом). Эти кванты соответствуют полям, поддерживающим более широкую калибровочную симметрию и перемешивающим кварки с лептонами.

Следовательно, Х- и У-частицы могут превращать кварки в лептоны (и наоборот).

На основе теорий Великого объединения предсказаны по крайней мере две важные закономерности, которые могут быть проверены экспериментально: нестабильность протона и существование магнитных монополей.

Экспериментальное обнаружение распада протона и магнитных монополей могло бы стать веским доводом в пользу теорий Великого объединения. На проверку этих предсказаний направлены усилия экспериментаторов. Обнаружение распада протона было бы самым великим экспериментом XX в.

! Но пока еще твердо установленных экспериментальных данных на этот счет нет.

А о прямом экспериментальном обнаружении Х- и У-бозонов речь пока и вовсе не идет. Дело в том, что теории Великого объединения имеют дело с энергией частиц выше 10-14 ГэВ. Это очень высокая энергия. Трудно сказать, когда удастся получить частицы столь высоких энергий в ускорителях.

Современные ускорители с трудом достигают энергии 100 ГэВ. И потому основной областью применения и проверки теорий Великого объединения является космология. Без этих теорий невозможно описать раннюю стадию эволюции Вселенной, когда температура первичной плазмы достигала 1027 K.

Именно в таких условиях могли рождаться и аннигилировать сверхтяжелые бозоны Х и У.

Но объединение трех из четырех фундаментальных взаимодействий — это еще не единая теория в подлинном смысле слова. Ведь остается еще гравитация. Теоретические модели, в которых объединяются все четыре взаимодействия, называются супергравитацией.

Супергравитация базируется на идее суперсимметрии, т.е. такого перехода от глобальной калибровочной симметрии к локальной, который бы позволил переходить от фермионов (носителей субстрата материи) к бозонам (носителям структуры материи, переносчикам взаимодействий) и наоборот.

Одна из теоретических моделей сводит воедино 70 частиц со спином 0; 56 частиц со спином 1/2; 28 частиц со спином 1; 8 частиц по спином 3/2 (их назвали гравитино) и 1 частица со спином 2 (гравитон). Все эти частицы были объединены единой суперсилой при колоссальной энергии 1019 ГэВ (Т = 1032К, r ≈ 10-33 см, ρ ≈ 1094 г/см3).

В теориях суперсимметрии возникла также идея о введении новых дополнительных измерений (10, 11 или даже 26) пространства, которые позволят описать все проявления свойств вещества и переносчиков взаимодействий. Только три из них проявляются в нашем мире, а остальные остались скрученными, замкнутыми в масштабе r ≈ 10-33 см.

Вместе с тем на пути объединения гравитации с остальными фундаментальными взаимодействиями пока еще остается много проблем.

Таким образом, последовательное объединение фундаментальных взаимодействий началось с синтеза электричества и магнетизма в рамках теории Максвелла в XIX в. Объединение слабого и электромагнитного взаимодействий получило надежное подтверждение в 1983 г. благодаря открытию W- и Z-частиц.

Данных, подтверждающих Великое объединение, пока нет, но их ожидают. Число теоретических предпосылок для создания единой теории всех фундаментальных взаимодействий быстро растет. Возможно, что уже в начале XXI в. эта величайшая задача всей истории познания материи будет решена (рис. 4).

В определенном смысле это означает конец физической науки как науки о фундаментальных основаниях материи.

Но не исключены и другие варианты развития физики XXI в — открытие новых фундаментальных взаимодействий, новых субкварковых частиц, появление иных трактовок единства материи и др. Особенно значимы на этом пути те необычные представления, которые сейчас складываются там, где микромир оказывается связанным с мегамиром, ультрамалое с ультрабольшим, физика с астрономией и космологией.

Источник: https://megaobuchalka.ru/6/41084.html

ПОСМОТРЕТЬ ЁЩЕ:

Источник: https://helpiks.org/4-33643.html

Book for ucheba
Добавить комментарий