Гранд нэгдсэн онол (GUT, GUT эсвэл GUT - бүх гурван товчлолыг өгүүлэлд ашиглах болно) нь бөөмийн физикийн загвар бөгөөд өндөр энергитэй үед цахилгаан соронзон хүчийг тодорхойлдог стандарт загварын гурван хэмжүүрийн харилцан үйлчлэл юм., сул ба хүчтэй харилцан үйлчлэл буюу хүчийг нэг хүч болгон нэгтгэдэг. Энэхүү хосолсон харилцан үйлчлэл нь илүү том хэмжигдэхүүнтэй нэг тэгш хэмтэй, тиймээс хэд хэдэн зөөгч хүч боловч нэг байнгын холбоогоор тодорхойлогддог. Хэрэв байгальд агуу нэгдэл тохиолдвол эхэн үеийн орчлон ертөнцийн үндсэн хүчнүүд хараахан ялгагдаагүй агуу нэгдлийн эрин үе бий болох магадлалтай.
Их нэгдсэн онолын товч тойм
Хэмжээний тэгш хэмийн хувьд нэг энгийн бүлгийг ашиглан бүх харилцан үйлчлэлийг нэгтгэдэггүй загваруудыг хагас энгийн бүлгүүдийг ашиглан хийдэг, ижил төстэй шинж чанаруудыг харуулж чаддаг, тэдгээрийг заримдаа том нэгдлийн онол гэж нэрлэдэг.
Таталцлыг бусад гурван хүчтэй хослуулах нь ГУТ гэхээсээ илүү бүх зүйлийн онолыг (ОО) гаргах болно. Гэсэн хэдий ч ГУТ нь ихэвчлэн ОО руу чиглэсэн завсрын алхам гэж үздэг. Эдгээр нь нэгдэх ба хэт нэгдэх агуу онолуудын онцлог санаанууд юм.
GUT загваруудын таамагласан шинэ бөөмсүүд нь GUT масштабын ойролцоо масстай байх төлөвтэй байгаа бөгөөд энэ нь Планкийн хэмжүүрээс хэдхэн дарааллаар бага хэмжээтэй байх тул санал болгож буй бөөмийн мөргөлдөх туршилтыг хийх боломжгүй юм. Тиймээс GUT загвараар урьдчилан таамагласан бөөмсийг шууд ажиглах боломжгүй бөгөөд үүний оронд протоны задрал, элементар бөөмийн цахилгаан диполь момент эсвэл нейтрино шинж чанар гэх мэт шууд бус ажиглалтаар агуу нэгдлийн нөлөөг илрүүлж болно. Пати Салам загвар зэрэг зарим GUT нь соронзон монополууд байгааг урьдчилан таамаглаж байна.
Загваруудын онцлог
Бүрэн бодитой байхыг зорьдог GUT загварууд нь стандарт загвартай харьцуулахад нэлээд төвөгтэй байдаг, учир нь тэдгээр нь нэмэлт талбар, харилцан үйлчлэл, бүр орон зайн нэмэлт хэмжээсийг нэвтрүүлэх ёстой. Энэхүү нарийн төвөгтэй байдлын гол шалтгаан нь ажиглагдаж буй фермионы масс болон холих өнцгийг нөхөн сэргээхэд бэрхшээлтэй байдаг бөгөөд энэ нь уламжлалт GUT загвараас гадуур зарим нэмэлт гэр бүлийн тэгш хэм байгаатай холбоотой байж болох юм. Ийм хүндрэлтэй, ажиглагдахуйц агуу нэгдлийн нөлөө байхгүй учраас нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн GUT загвар байхгүй хэвээр байна.
Түүхэнд хамгийн түрүүнд1974 онд Ховард Жорж, Шелдон Глашоу нар Лигийн энгийн SU бүлэгт үндэслэсэн жинхэнэ ГУТ-ыг санал болгосон. Жоржи-Глашоу загварын өмнө Абдус Салам, Жогеш Пати нарын санал болгосон хагас энгийн Ли алгебрийн Пати-Салам загвар байсан бөгөөд тэд анх нэгдмэл хэмжигч харилцан үйлчлэлийг санал болгосон.
Нэрний түүх
GUT (GUT) гэсэн товчлолыг анх 1978 онд CERN-ийн судлаач Жон Эллис, Анжей Бурас, Мэри К. Гайард, Дмитрий Нанопулос нар зохиосон боловч нийтлэлийнхээ эцсийн хувилбарт GUM (их нэгдлийн масс)-ийг сонгосон. Нанопулос тэр жилийн сүүлчээр нийтлэлдээ товчлолыг анх ашигласан. Товчхондоо Их нэгдсэн онолд хүрэх замд маш их ажил хийгдсэн.
Үзэл баримтлалын нийтлэг байдал
SU гэсэн товчилсон үгийг энэ нийтлэлийн туршид байнга дурдагдах агуу нэгдлийн онолуудад ашигладаг. Электрон ба протонуудын цахилгаан цэнэгүүд бие биенээ маш нарийвчлалтайгаар таслан зогсоож байгаа нь бидний мэдэх макроскопийн ертөнцөд зайлшгүй чухал боловч энгийн бөөмсийн энэхүү чухал шинж чанарыг бөөмийн физикийн стандарт загварт тайлбарлаагүй болно. Стандарт загвар дахь хүчтэй ба сул харилцан үйлчлэлийн тодорхойлолт нь зөвхөн салангид цэнэгийг зөвшөөрдөг энгийн SU(3) ба SU(2) тэгш хэмийн бүлгүүдээр зохицуулагддаг хэмжүүрийн тэгш хэмд суурилсан боловч үлдсэн бүрэлдэхүүн хэсэг болох сул хэт цэнэгийн харилцан үйлчлэлийг дараах байдлаар тайлбарлав. Абелийн U(1), зарчмын хувьд зөвшөөрдөгтөлбөрийг дур мэдэн хуваарилах.
Ажиглагдсан цэнэгийн квантчлал, тухайлбал бүх мэдэгдэж буй энгийн бөөмс нь энгийн цэнэгийн ⅓-ийн яг үржвэр мэт цахилгаан цэнэг тээдэг нь хэт цэнэгийн харилцан үйлчлэл, магадгүй хүчтэй ба сул харилцан үйлчлэлийг бий болгож болно гэсэн санааг бий болгосон. стандарт загварыг агуулсан нэг том энгийн тэгш хэмийн бүлгээр дүрслэгдсэн нэг том нэгдсэн харилцан үйлчлэлд. Энэ нь энгийн бөөмсийн бүх цэнэгийн тоон шинж чанар, утгыг автоматаар урьдчилан таамаглах болно. Энэ нь бидний ажиглаж буй үндсэн харилцан үйлчлэлийн харьцангуй хүч, тухайлбал холих өнцгийн сул талуудыг урьдчилан таамаглахад хүргэдэг тул Grand Unification нь бие даасан оролтын тоог багасгахад тохиромжтой, гэхдээ зөвхөн ажиглалтаар хязгаарлагддаг. Агуу нэгдмэл онол нь бүх нийтийнх мэт санагдаж болох ч энэ талаархи номууд тийм ч түгээмэл биш юм.
Жоржи-Глазгоугийн онол (SU (5))
Их нэгдэл нь 19-р зуунд Максвеллийн цахилгаан соронзонгийн онолд гарсан цахилгаан ба соронзон хүчний нэгдлийг санагдуулам боловч физикийн утга, математик бүтэц нь чанарын хувьд өөр юм.
Гэсэн хэдий ч өргөтгөсөн том нэгдмэл тэгш хэмийн хамгийн энгийн сонголт бол зөв энгийн бөөмсийг үүсгэх явдал гэдэг нь ойлгомжтой биш юм. Одоогийн байдлаар мэдэгдэж байгаа бүх материйн бөөмс нь хамгийн жижиг SU(5) бүлгийн дүрслэлийн онолд маш сайн нийцэж, зөв ажиглагдаж болох цэнэгийг шууд авч явдаг нь эхний ба нэг юм. Хүмүүс агуу нэгдмэл онолыг байгальд бодитоор хэрэгжүүлэх боломжтой гэдэгт итгэдэг хамгийн чухал шалтгаанууд.
SU(5)-ын хамгийн жижиг хоёр бууруулж болохгүй дүрслэл нь 5 ба 10 байна. Стандарт тэмдэглэгээнд 5 нь баруун гар талын доош төрлийн өнгөт гурвалсан ба зүүн зүүн изопин давхаргын цэнэгийн коньюгатуудыг агуулдаг бол 10 нь дээш төрлийн кваркийн зургаан бүрэлдэхүүн хэсэг, зүүн гарт доош төрлийн кваркийн гурвалсан өнгө, баруун гар электроныг агуулдаг. Энэ схемийг материйн мэдэгдэж буй гурван үе тус бүрт хуулбарлах ёстой. Онолд энэ агуулгын гажуудал байхгүй байгаа нь анхаарал татаж байна.
Таамагласан баруун гарт нейтрино нь SU(5) сингл бөгөөд түүний массыг ямар ч тэгш хэмээр хориглодоггүй гэсэн үг; тэгш хэмийг аяндаа эвдэх шаардлагагүй бөгөөд энэ нь түүний масс яагаад том болохыг тайлбарлаж байна.
Энд материйн нэгдмэл байдал бүр ч бүрэн дүүрэн байна, учир нь 16-р бууруулж болохгүй спинор дүрслэл нь SU(5) ба баруун гарт нейтриногийн 5 ба 10-ыг хоёуланг нь агуулж, улмаар нэг үеийн бөөмсийн нийт агуулгыг агуулдаг. нейтрино масстай өргөтгөсөн стандарт загвар. Энэ нь зөвхөн аль хэдийн мэдэгдэж байгаа материйн хэсгүүдийг (Хиггс салбараас бусад) багтаасан схемийн дагуу бодисыг нэгтгэдэг хамгийн том энгийн бүлэг юм.
Төрөл бүрийн стандарт загварын фермионуудыг илүү том дүрслэлд нэгтгэдэг тул ГУТ нь электрон болон фермионы масс хоорондын хамаарлыг тусгайлан урьдчилан таамагладаг.даун кварк, мюон, хачин кварк, SU(5)-ын хувьд тау лептон ба даун кварк. Эдгээр массын харьцааны зарим нь ойролцоо боловч ихэнх нь тийм биш.
SO(10) онол
SO(10)-ын бозоник матрицыг SU(5)-ийн 10+5 илэрхийллийн 15×15 матрицыг авч баруун нейтриногийн нэмэлт мөр, багана нэмснээр олно. Бозонуудыг 20 цэнэгтэй бозон (2 баруун Вт бозон, 6 их хэмжээний цэнэгтэй глюон, 12 X/Y төрлийн бозон) тус бүрд хамтрагч нэмж, нэмэлт хүнд саармаг Z бозон нэмснээр 5 саармаг бозоныг олж болно. Бозоны матриц нь мөр, багана бүрт бозон эсвэл түүний шинэ хамтрагчтай байх болно. Эдгээр хосууд нийлж танил болсон 16D Dirac спин матрицуудыг SO(10) үүсгэдэг.
Стандарт загвар
Өндөр SU(N) GUT-д байгалийн жамаар гарч ирдэг хуваагдсан олон талт бөөмсийн вектор спектр бүхий Стандарт Загварын хирал бус өргөтгөлүүд нь цөлийн физикийг эрс өөрчилж, ердийн гурван кварк-лептоныг бодитой (мөр хэмжээний) их нэгтгэхэд хүргэдэг. хэт тэгш хэмийг ашиглаагүй ч гэр бүлүүд (доороос үзнэ үү). Нөгөөтэйгүүр, супер тэгш хэмтэй SU(8) GUT-д шинээр дутагдаж буй VEV механизм бий болсноор царигийн шатлалын асуудал (давхар гурвалсан хуваагдал) болон амтыг нэгтгэх асуудлыг нэгэн зэрэг шийдэх боломжтой болсон.
Бусад онол ба энгийн бөөмс
ГУТ дөрвөн гэр бүл/үе, SU(8): 3-ын оронд 4 үеийн фермионы нийт 64 төрлийн бөөмс үүсгэдэг гэж үзвэл. Тэдгээрийг 64=8 + 56 SU(8) дүрслэлд байрлуулж болно. Үүнийг SU(5) × SU(3) F × U(1) гэж хувааж болно, энэ нь SU(5) онол бөгөөд үүслийн тоонд нөлөөлдөг зарим хүнд бозонуудын хамт.
Дөрвөн гэр бүл/үетэй ГУТ, O(16): Дахин хэлэхэд, 4 үеийн фермион, 128 бөөмс болон эсрэг бөөмс нь нэг O(16) спинор дүрслэлд багтах боломжтой. Эдгээр бүх зүйлийг агуу нэгдмэл онолд хүрэх замд олж мэдсэн.
