Grand Unified Theory - Grand Unified Theory

En stor enhetlig teori ( GUT ) er en modell innen partikkelfysikk der de høye energimetodene , tre -gauge -interaksjonene til standardmodellen som består av de elektromagnetiske , svake og sterke kreftene slås sammen til en enkelt kraft. Selv om denne enhetlige kraften ikke er blitt observert direkte, teoretiserer de mange GUT -modellene dens eksistens. Hvis forening av disse tre interaksjonene er mulig, øker det muligheten for at det var en stor samlingsepoke i det veldig tidlige universet der disse tre grunnleggende interaksjonene ennå ikke var forskjellige.

Eksperimenter har bekreftet at elektromagnetisk interaksjon og svak interaksjon ved høy energi forener seg til en enkelt svak interaksjon . GUT -modeller forutsier at ved enda høyere energi vil den sterke interaksjonen og den elektro -svake interaksjonen forene seg til en enkelt elektron -nukleær interaksjon. Denne interaksjonen er preget av en større gauge symmetri og dermed flere kraftbærere , men en enhetlig koblingskonstant . Å forene tyngdekraften med elektron -kjernefysisk interaksjon ville gi en mer omfattende teori om alt (TOE) i stedet for en Grand Unified Theory. Dermed blir GUT ofte sett på som et mellomtrinn mot en TOE.

De nye partiklene som er forutsagt av GUT -modeller forventes å ha ekstremt høye masser - rundt GUT -skalaen til GeV (bare noen få størrelsesordener under Planck -skalaen til GeV) - og det er langt utenfor rekkevidden til alle forutsette partikkelkolliderforsøk . Derfor vil partiklene som er forutsagt av GUT -modeller ikke være i stand til å bli observert direkte, og i stedet kan virkningene av storforening bli oppdaget gjennom indirekte observasjoner som protonforfall , elektriske dipolmomenter av elementarpartikler eller egenskapene til nøytrinoer . Noen GUT -er, for eksempel Pati -Salam -modellen , forutsier eksistensen av magnetiske monopoler . ${\ displaystyle 10^{16}}$ ${\ displaystyle 10^{19}}$

Selv om GUTs kan forventes å tilby enkelhet i forhold til komplikasjonene i standardmodellen , forblir realistiske modeller kompliserte fordi de trenger å introdusere flere felt og interaksjoner, eller til og med ytterligere dimensjoner av plass, for å reprodusere observerte fermionmasser og blandevinkler. Denne vanskeligheten kan igjen være relatert til en eksistens av familiesymmetrier utover de konvensjonelle GUT -modellene. På grunn av dette, og mangelen på noen observert effekt av storforening så langt, er det ingen allment akseptert GUT -modell.

Modeller som ikke forener de tre interaksjonene ved å bruke en enkel gruppe som målesymmetri, men gjør det ved å bruke halv enkle grupper , kan vise lignende egenskaper og blir noen ganger også referert til som Grand Unified Theories.

Uavklart problem i fysikk :

Er de tre kreftene i standardmodellen forent ved høy energi? Hvilken symmetri styres denne foreningen? Kan Grand Unification Theory forklare antall fermiongenerasjoner og deres masse?

(flere uløste problemer i fysikk)

Historie

Historisk sett ble den første sanne GUT som var basert på den enkle Lie -gruppen $SU (5)$ , foreslått av Howard Georgi og Sheldon Glashow i 1974. Georgi - Glashow -modellen ble innledet av den semi -enkle Lie algebra Pati - Salam -modellen av Abdus Salam og Jogesh Pati , som var banebrytende for ideen om å forene målerinteraksjoner.

Akronymet GUT ble først laget i 1978 av CERN -forskere John Ellis , Andrzej Buras , Mary K. Gaillard og Dimitri Nanopoulos , men i den siste versjonen av artikkelen valgte de den mindre anatomiske GUM (Grand Unification Mass). Nanopoulos senere samme år var den første som brukte forkortelsen i et papir.

Motivasjon

Den antagelse at elektriske ladninger av elektroner og protoner synes å avbryte hverandre nøyaktig til ekstrem presisjon er avgjørende for eksistensen av den makroskopiske verden slik vi kjenner det, men dette viktig egenskap av elementærpartikler er ikke forklart i Standardmodellen for partikkelfysikk . Selv om beskrivelsen av sterke og svake interaksjoner i Standardmodellen er basert på spor symmetrier som reguleres av enkel symmetri-grupper $SU (3)$ og $SU (2)$ som bare tillater adskilte ladninger, den gjenværende komponent, den svake hypercharge er interaksjonen beskrevet av en abelsk symmetri $U (1)$ som i prinsippet åpner for vilkårlige ladetildelinger. Den observerte ladningskvantiseringen , nemlig postulasjonen om at alle kjente elementarpartikler bærer elektriske ladninger som er eksakte multipler av en tredjedel av den "elementære" ladningen , har ført til ideen om at hyperladningsinteraksjoner og muligens de sterke og svake interaksjonene kan være innebygd i en Grand Unified -interaksjon beskrevet av en enkelt, større enkel symmetri -gruppe som inneholder standardmodellen. Dette vil automatisk forutsi den kvantiserte naturen og verdiene til alle elementære partikkelladninger. Siden dette også resulterer i en spådom for de relative styrkene til de grunnleggende interaksjonene vi observerer, spesielt den svake blandevinkelen , reduserer grand unification ideelt sett antallet uavhengige inngangsparametere, men er også begrenset av observasjoner.

Storforening minner om foreningen av elektriske og magnetiske krefter ved Maxwells teori om elektromagnetisme på 1800 -tallet, men dens fysiske implikasjoner og matematiske struktur er kvalitativt forskjellige.

Forening av materielle partikler

Skjematisk fremstilling av fermioner og bosoner i

SU (5)

GUT som viser

5 + 10

deling i multiplettene. Nøytrale bosoner (foton, Z-boson og nøytrale gluoner) vises ikke, men opptar de diagonale oppføringene til matrisen i komplekse superposisjoner

SU (5)

Mønsteret for svake isospiner , svake hyperladninger og sterke ladninger for partikler i SU (5) -modellen , rotert av den forutsagte svake blandingsvinkelen , og viser elektrisk ladning omtrent langs vertikalen. I tillegg til standardmodellpartikler inkluderer teorien tolv fargede X -bosoner, ansvarlige for protonforfall .

$SU (5)$ er den enkleste GUT. Den minste enkle Lie -gruppen som inneholder standardmodellen , og som den første Grand Unified Theory var basert på, er

{\ displaystyle {\ rm {SU (5) \ supset SU (3) \ times SU (2) \ times U (1)}}}

.

Slike gruppesymmetrier tillater nyfortolkning av flere kjente partikler, inkludert foton, W- og Z -bosoner og gluon, som forskjellige tilstander i et enkelt partikkelfelt. Imidlertid er det ikke åpenbart at de enkleste mulige valgene for den utvidede "Grand Unified" -symmetrien skal gi riktig inventar av elementarpartikler. Det faktum at alle for tiden kjente stoffpartikler passer perfekt inn i tre kopier av de minste gruppeforestillingene til $SU (5)$ og umiddelbart bærer de riktige observerte ladningene, er en av de første og viktigste grunnene til at folk tror at en Grand Unified Theory faktisk kan bli realisert i naturen.

De to minste ureduserbare representasjonene til $SU (5)$ er $5$ (definisjonen) og $10$ . I standard oppdrag, $5$ inneholder ladnings konjugater av den høyrehendt kvark down-typen farge lett og en venstrehendt lepton isospin dublett , mens den $10$ inneholder seks opp-type kvark komponenter, den venstrehendt down-typen kvark farge triplett, og den høyrehendt elektron . Denne ordningen må replikeres for hver av de tre kjente generasjonene av materie . Det er bemerkelsesverdig at teorien er anomali fri med dette innholdet.

De hypotetiske høyrehendte nøytrinoene er en singlett av $SU (5)$ , noe som betyr at massen ikke er forbudt av noen symmetri; den trenger ikke en spontan symmetribrudd som forklarer hvorfor massen ville være tung. (se vippemekanisme ).

SÅ (10)

Mønsteret for svak isospin , W, svakere isospin, W ', sterk g3 og g8, og baryon minus lepton, B, ladninger for partikler i SO (10) Grand Unified Theory, rotert for å vise innebygging i E ₆ .

Den neste enkle Lie -gruppen som inneholder standardmodellen er

{\ displaystyle {\ rm {SO (10) \ supset SU (5) \ supset SU (3) \ times SU (2) \ times U (1)}}}}

.

Her, samlingen av saken er enda mer fullstendig, ettersom den ikke-reduserbare Spinor representasjonen $16$ inneholder både $5$ og $10$ av $SU (5)$ og en høyrehendt nøytrino, og således den fullstendige partikkelinnholdet av en generasjon av det utvidede standardmodell med nøytrino -masser . Dette er allerede den største enkle gruppen som oppnår forening av materie i en ordning som bare involverer de allerede kjente stoffpartiklene (bortsett fra Higgs -sektoren ).

Siden forskjellige standardmodell fermioner er gruppert sammen i større representasjoner, forutsier GUTs spesielt forhold mellom fermionmassene, for eksempel mellom elektronet og nedkvarken , muonen og den merkelige kvarken , og tau lepton og bunnkvarken for $SU (5 )$ og $SO (10)$ . Noen av disse masseforholdene holder omtrent, men de fleste gjør det ikke (se Georgi-Jarlskog masseforhold ).

Bosonmatrisen for $SO (10)$ blir funnet ved å ta $15 \times 15$ matrisen fra $10 + 5$ representasjonen av $SU (5)$ og legge til en ekstra rad og kolonne for den høyrehendte neutrinoen. Bosonene blir funnet ved å legge en partner til hver av de 20 ladede bosonene (2 høyrehendte W-bosoner, 6 massive ladede gluoner og 12 X/Y-type bosoner) og legge til en ekstra tung nøytral Z-boson for å lage 5 nøytrale bosoner i Total. Bosonmatrisen vil ha en boson eller den nye partneren i hver rad og kolonne. Disse parene kombineres for å lage de kjente 16D Dirac -spinormatrisene av $SO (10)$ .

E ₆

I noen former for strengteori , inkludert E ₈ × E ₈ heterotisk strengteori , ligner den resulterende firdimensjonale teorien etter spontan komprimering på en seksdimensjonal Calabi-Yau-manifold en GUT basert på gruppen E ₆ . Spesielt er E ₆ den eneste eksepsjonelle enkle Lie-gruppen som har noen komplekse representasjoner , et krav for at en teori skal inneholde kirale fermioner (nemlig alle svakt samspillende fermioner). Derfor kan de fire andre ( G ₂ , F ₄ , E ₇ og E ₈ ) ikke være målergruppen til en GUT.

Utvidede Grand Unified Teorier

Ikke-chirale utvidelser av standardmodellen med vektorlignende split-multiplett partikkelspektre som naturlig forekommer i de høyere SU (N) GUT-ene, endrer vesentlig ørkenens fysikk og fører til den realistiske (strengskala) store foreningen for konvensjonelle tre kvark-lepton-familier selv uten å bruke supersymmetri (se nedenfor). På den annen side, på grunn av en ny manglende VEV-mekanisme som dukker opp i den supersymmetriske SU (8) GUT, kan den samtidige løsningen på gaugehierarki (dublett-tripletsplitting) problem og problem med forening av smak argumenteres.

TARM med fire familier / generasjoner, SU (8) : Forutsatt at 4 generasjoner fermioner i stedet for 3 utgjør totalt $64$ typer partikler. Disse kan settes inn i $64 = 8 + 56$ representasjoner av $SU (8)$ . Dette kan deles inn i $SU (5) \times SU (3) F \times U (1)$ som er $SU (5)$ teorien sammen med noen tunge bosoner som virker på generasjonsnummeret.

GUTs med fire familier / generasjoner, O (16) : Igjen forutsatt 4 generasjoner fermioner, kan 128 partikler og antipartikler settes inn i en enkelt spinorrepresentasjon av $O (16)$ .

Sympektiske grupper og kvarternrepresentasjoner

Symplektiske målergrupper kan også vurderes. For eksempel har $Sp (8)$ (som kalles $Sp (4)$ i artikkelsymplektisk gruppe ) en representasjon i form av $4 \times 4$ kvaternionære enhetsmatriser som har en $16$ dimensjonal reell representasjon og derfor kan betraktes som en kandidat for en målergruppe. $Sp (8)$ har 32 ladede bosoner og 4 nøytrale bosoner. Dens undergrupper inkluderer $SU (4),$ så de kan i det minste inneholde gluonene og fotonene til $SU (3) \times U (1)$ . Selv om det sannsynligvis ikke er mulig å ha svake bosoner som virker på kirale fermioner i denne representasjonen. En quaternion -representasjon av fermionene kan være:

{\ displaystyle {\ begin {bmatrix} e+i {\ overline {e}}+jv+k {\ overline {v}} \\ u_ {r}+i {\ overline {u_ {r}}}+jd_ {r}+k {\ overline {d_ {r}}} \\ u_ {g}+i {\ overline {u_ {g}}}+jd_ {g}+k {\ overline {d_ {g}}} \\ u_ {b}+i {\ overline {u_ {b}}}+jd_ {b}+k {\ overline {d_ {b}}} \\\ end {bmatrix}} _ {\ rm {L} }}

En ytterligere komplikasjon med quaternion -representasjoner av fermioner er at det er to typer multiplikasjon: venstre multiplikasjon og høyre multiplikasjon som må tas i betraktning. Det viser seg at å inkludere venstre og høyrehendte $4 \times 4$ kvarternion-matriser tilsvarer å inkludere en enkelt høymultiplikasjon med en enhetskvarternion som legger til en ekstra SU (2) og så har en ekstra nøytral boson og ytterligere to ladede bosoner. Således er gruppen med venstre- og høyrehendte $4 \times 4$ kvarternionmatriser $Sp (8) \times SU (2)$ som inkluderer standardmodellen bosoner:

{\ displaystyle {\ rm {SU (4, H) _ {L} \ ganger H_ {R} = Sp (8) \ ganger SU (2) \ supset SU (4) \ ganger SU (2) \ supset SU ( 3) \ ganger SU (2) \ ganger U (1)}}}

Hvis er en quaternion verdsatt spinor, er quaternion hermitian $4 \times 4$ matrise som kommer fra $Sp (8)$ og er en ren imaginær quaternion (som begge er 4-vektor bosoner), så er interaksjonsbegrepet: ${\ displaystyle \ psi}$ ${\ displaystyle A _ {\ mu}^{ab}}$ ${\ displaystyle B _ {\ mu}}$

{\ displaystyle {\ overline {\ psi ^{a}}} \ gamma _ {\ mu} \ left (A _ {\ mu} ^{ab} \ psi ^{b}+\ psi ^{a} B _ {\ mu} \ høyre)}

Octonion representasjoner

Det kan bemerkes at en generasjon på 16 fermioner kan settes i form av en okton med hvert element i oktoniet en 8-vektor. Hvis de tre generasjonene deretter settes i en 3x3 hermitisk matrise med visse tillegg for de diagonale elementene, danner disse matrisene en eksepsjonell (Grassmann-) Jordan-algebra , som har symmetri-gruppen til en av de eksepsjonelle Lie-gruppene (F ₄ , E ₆ , E ₇ eller E ₈ ) avhengig av detaljene.

{\ displaystyle \ psi = {\ begin {bmatrix} a & e & \ mu \\ {\ overline {e}} & b & \ tau \\ {\ overline {\ mu}} & {\ overline {\ tau}} & c \ end { bmatrix}}}

{\ displaystyle [\ psi _ {A}, \ psi _ {B}] \ delsett J_ {3} (O)}

Fordi de er fermioner, blir anti-kommutatorene i Jordan-algebraen kommutatorer. Det er kjent at E ₆ har undergruppe $O (10)$ og er så stor nok til å inkludere standardmodellen. En E ₈ gauge-gruppe, for eksempel, ville ha 8 nøytrale bosoner, 120 ladede bosoner og 120 ladede antibosoner. Å ta hensyn til de 248 fermioner i den laveste multiplett av E ₈ , vil disse enten ha for å inkludere anti-partikler (og det samme har baryogenesis ), har nye uoppdagede partikler, eller ha tyngdekraft-lignende ( spin forbindelses ) bosoner som påvirker elementer av partiklene spinnretning. Hver av disse besitter teoretiske problemer.

Beyond Lie -grupper

Andre strukturer har blitt foreslått, inkludert Lie 3-algebraer og Lie superalgebras . Ingen av disse passer med Yang - Mills teori . Spesielt Lie superalgebras ville introdusere bosoner med feil statistikk. Supersymmetri passer imidlertid med Yang - Mills.

Samling av krefter og supersymmetri

Foreningen av krefter er mulig på grunn av energiskalaavhengigheten til kraftkoblingsparametere i kvantefeltteorien kalt renormaliseringsgruppe "kjører" , noe som gjør at parametere med vidt forskjellige verdier ved vanlige energier kan konvergere til en enkelt verdi ved en mye høyere energiskala.

Den renormalisering gruppe løper av de tre sporkoblinger i Standardmodellen har blitt funnet å nesten, men ikke helt, møtes i samme punkt hvis hypercharge er normalisert slik at det er forenlig med $SU (5)$ eller $SO (10)$ tarmer, som nettopp er GUT -gruppene som fører til en enkel fermionforening. Dette er et betydelig resultat, ettersom andre løgngrupper fører til forskjellige normaliseringer. Men hvis den supersymmetriske utvidelsen MSSM brukes i stedet for standardmodellen, blir kampen mye mer nøyaktig. I dette tilfellet møtes koblingskonstantene til de sterke og elektriske svake interaksjonene ved den store foreningsenergien , også kjent som GUT -skalaen:

{\ displaystyle \ Lambda _ {\ text {GUT}} \ ca 10^{16} \, {\ text {GeV}}}

.

Det er vanlig å tro at denne matchingen neppe er tilfeldig, og blir ofte sitert som en av hovedmotivasjonene for å undersøke supersymmetriske teorier ytterligere til tross for at ingen supersymmetriske partnerpartikler har blitt observert eksperimentelt. De fleste modellbyggere antar ganske enkelt supersymmetri fordi det løser hierarkiproblemet - det stabiliserer den elektrosvake Higgs -massen mot strålingskorreksjoner .

Neutrino -masser

Siden Majorana- masser av den høyrehendte nøytrinoen er forbudt av $SO (10)$ symmetri, forutsier $SO (10)$ GUTs at Majorana-massene av høyrehendte nøytrinoer er nær GUT-skalaen der symmetrien spontant brytes i disse modellene. I supersymmetriske GUT har denne skalaen en tendens til å være større enn det som ville være ønskelig for å oppnå realistiske masser av lyset, hovedsakelig venstrehendte nøytrinoer (se nøytrinooscillasjon ) via vippemekanismen . Disse spådommene er uavhengige av masseforholdene Georgi - Jarlskog , der noen GUTs forutsier andre fermionmasseforhold.

Foreslåtte teorier

Flere teorier er blitt foreslått, men ingen er for tiden universelt akseptert. En enda mer ambisiøs teori som inkluderer alle grunnleggende krefter , inkludert gravitasjon , kalles en teori om alt . Noen vanlige vanlige GUT -modeller er:

minimal venstre-høyre modell - $SU (3) C \times SU (2) L \times SU (2) R \times U (1) BL$
Georgi – Glashow -modell - $SU (5)$
SÅ (10)
Vendt $SU (5)$ - $SU (5) \times U (1)$
Pati – Salam -modell - $SU (4) \times SU (2) \times SU (2)$
Vendt $SO (10)$ - $SO (10) \times U (1)$

Trinifikasjon - $SU (3) \times SU (3) \times SU (3)$
$E 6$
331 modell
kiral farge

Ikke helt GUTs:

Merk : Disse modellene refererer til Lie -algebraer ikke til Lie -grupper . Lie -gruppen kan være $[SU (4) \times SU (2) \times SU (2)]/ Z 2$ , bare for å ta et tilfeldig eksempel.

Den mest lovende kandidaten er $SO (10)$ . (Minimal) $SO (10)$ inneholder ikke eksotiske fermioner (dvs. ytterligere fermioner i tillegg til standardmodellen fermioner og høyrehendte nøytrinoer), og det forener hver generasjon til en enkelt ureduserbar representasjon . En rekke andre GUT -modeller er basert på undergrupper av $SO (10)$ . De er den minimale venstre-høyre-modellen , $SU (5)$ , vendt $SU (5)$ og Pati – Salam-modellen . GUT -gruppen E ₆ inneholder $SO (10)$ , men modeller basert på den er betydelig mer kompliserte. Hovedårsaken til å studere E ₆ -modeller kommer fra $E 8 \times E 8$ heterotisk strengteori .

GUT -modeller forutsier generelt eksistensen av topologiske defekter som monopoler , kosmiske strenger , domenemurer og andre. Men ingen er blitt observert. Deres fravær er kjent som monopolproblemet i kosmologi . Mange GUT -modeller forutsier også protonforfall , men ikke Pati - Salam -modellen; protonforfall har aldri blitt observert ved forsøk. Den minimale eksperimentelle grensen på protonens levetid utelukker stort sett minimal $SU (5)$ og begrenser de andre modellene sterkt. Mangelen på oppdaget supersymmetri til dags dato begrenser også mange modeller.

Proton forfall. Disse grafikkene refererer til X -bosonene og Higgs -bosonene .
Dimensjon 6 protonforfall formidlet av X boson i $SU (5)$ GUT ${\ displaystyle (3,2) _ {-{\ frac {5} {6}}}}$
Dimensjon 6 protonforfall formidlet av X -bosonet i vendt $SU (5)$ GUT ${\ displaystyle (3,2) _ {\ frac {1} {6}}}$
Dimensjon 6 protonforfall formidlet av trillingen Higgs og anti-trillingen Higgs i $SU (5)$ GUT ${\ displaystyle T (3,1) _ {-{\ frac {1} {3}}}}$ ${\ displaystyle {\ bar {T}} ({\ bar {3}}, 1) _ {\ frac {1} {3}}}$

Noen GUT-teorier som $SU (5)$ og $SO (10)$ lider av det som kalles dublet-triplet-problemet . Disse teoriene forutsier at for hver elektro svak Higgs -dublett er det et tilsvarende farget Higgs -triplettfelt med en veldig liten masse (mange størrelsesordener mindre enn GUT -skalaen her). I teorien, forenende kvarker med leptoner , ville Higgs -dubletten også bli forent med en Higgs -trilling. Slike trillinger er ikke observert. De ville også forårsake ekstremt rask protonforfall (langt under gjeldende eksperimentelle grenser) og forhindre målekoblingens styrker i å løpe sammen i renormaliseringsgruppen.

De fleste GUT -modeller krever en tredobbel replikasjon av materiefeltene. Som sådan forklarer de ikke hvorfor det er tre generasjoner fermioner. De fleste GUT -modeller klarer ikke å forklare det lille hierarkiet mellom fermionmassene for forskjellige generasjoner.

Ingredienser

En GUT -modell består av en målergruppe som er en kompakt Lie -gruppe , et tilkoblingsskjema for den Lie -gruppen, en Yang - Mills -handling for den forbindelsen gitt av en invariant symmetrisk bilinær form over dens Lie -algebra (som er spesifisert av en koblingskonstant for hver faktor), en Higgs -sektor bestående av en rekke skalarfelt som tar på seg verdier innenfor virkelige/komplekse representasjoner av Lie -gruppen og chirale Weyl fermioner som tar på seg verdier i en kompleks representant for Lie -gruppen. Lie -gruppen inneholder gruppen Standardmodell og Higgs -feltene anskaffer VEV -er som fører til en spontan symmetri som bryter med standardmodellen . Weyl -fermionene representerer materie.

Nåværende status

Det er foreløpig ingen harde bevis for at naturen er beskrevet av en Grand Unified Theory. Oppdagelsen av nøytrinooscillasjoner indikerer at standardmodellen er ufullstendig og har ført til fornyet interesse for visse GUT som $SO (10)$ . En av få mulige eksperimentelle tester av visse GUT er protonforfall og også fermionmasser. Det er noen flere spesielle tester for supersymmetrisk GUT. Men minsteproton liv fra forskning (på eller over 10 ³⁴ -10 ³⁵ har årsklasse) utelukkes enklere guts og de fleste ikke-supersymmetriske modeller. Maksimal øvre grense for protons levetid (hvis ustabil), er beregnet til 6 x 10 ³⁹ år for SUSY-modeller og 1,4 x 10 ³⁶ år for minimale ikke-SUSY GUT.

De måle kopling styrkene qcd , den svake interaksjon og hypercharge ser ut til å møtes ved en felles lengdeskalaen kalt GUT skala og tilnærmet lik 10 ¹⁶ GeV (litt mindre enn den Planck energi av 10 ¹⁹ GeV), som er noe tankevekkende. Denne interessante numeriske observasjonen kalles gauge coupling unification , og det fungerer spesielt godt hvis man antar eksistensen av superpartnere av standardmodellpartiklene. Likevel er det mulig å oppnå det samme ved for eksempel å postulere at vanlige (ikke supersymmetriske) $SO (10)$ modeller bryter med en mellomliggende målerskala, som den i Pati - Salam -gruppen.

Ultra forening

I 2020 prøver en foreslått teori kalt ultraunifisering å kombinere standardmodellen og den store foreningen, spesielt for modellene med 15 Weyl fermioner per generasjon, uten at det er nødvendig med høyrehendte sterile nøytrinoer ved å legge til nye gapede topologiske fasesektorer i samsvar med nonperturbative globale uregelmessighet kansellering og cobordism begrensninger (spesielt fra baryon minus lepton nummer B - L , den elektrosvake hypercharge Y, og den blandede måle-gravitasjons uregelmessighet slik som en Z / 16 Z klasse uregelmessighet). Gapped topologiske fasesektorer er konstruert via symmetriforlengelse, hvis lave energi inneholder enhetlige Lorentz invariante topologiske kvantefeltteorier (TQFTs), for eksempel firedimensjonale ikke -inverterbare, femdimensjonale ikke -inverterbare eller femdimensjonale inverterbare sammenfiltrede gapede TQFTs. Alternativt kan det også være høyrehendte sterile nøytrinoer , gapløs partikkelfysikk, eller en kombinasjon av mer generelle samspillende konforme feltteorier , for å avbryte den anomalien med blandet gauge-gravitasjon . I begge tilfeller innebærer dette en ny høyenergifysikkgrense utover den konvensjonelle nulldimensjonale partikkelfysikken som er avhengig av nye typer topologiske krefter og materie, inkludert gapede forlengede objekter som linje- og overflateoperatører eller konforme defekter, hvis åpne ender bærer dekonfinerte fraksjonalisert partikkel eller en hvilken som helst eksonasjon av strengene. En fysisk karakterisering av disse utvidede objektene med gap krever en utvidelse av matematiske begreper som kohomologi , kobordisme eller kategorier til partikkelfysikk.

Se også

Merknader

Referanser

Videre lesning

Stephen Hawking , A Brief History of Time , inneholder en kort populær oversikt.
Langacker, Paul (2012). "Stor forening" . Scholarpedia . 7 (10): 11419. Bibcode : 2012SchpJ ... 711419L . doi : 10.4249/scholarpedia.11419 .

Eksterne linker

Algebra of Grand Unified Theories

Languages

In other projects

Grand Unified Theory - Grand Unified Theory

Innhold

Historie

Motivasjon