ग्रैंड यूनिफाइड थ्योरी (GUT, GUT या GUT - लेख में तीनों संक्षिप्त रूपों का उपयोग किया जाएगा) कण भौतिकी में एक मॉडल है जिसमें, उच्च ऊर्जा पर, मानक मॉडल के तीन गेज इंटरैक्शन जो विद्युत चुम्बकीय निर्धारित करते हैं कमजोर और मजबूत अंतःक्रियाओं या बलों को एक ही बल में संयोजित किया जाता है। यह संयुक्त बातचीत अधिक गेज की एक समरूपता, और इसलिए कई वाहक बल, लेकिन एक स्थायी बंधन की विशेषता है। यदि प्रकृति में एक भव्य एकीकरण होता है, तो प्रारंभिक ब्रह्मांड में एक भव्य एकीकरण युग की संभावना है जिसमें मौलिक शक्तियां अभी अलग नहीं हैं।
संक्षेप में ग्रैंड यूनिफाइड थ्योरी
मॉडल जो गेज समरूपता के रूप में एक साधारण समूह का उपयोग करके सभी इंटरैक्शन को एकीकृत नहीं करते हैं, अर्ध-सरल समूहों का उपयोग करके ऐसा करते हैं, समान गुण प्रदर्शित कर सकते हैं और कभी-कभी इसे भव्य एकीकरण सिद्धांत भी कहा जाता है।
गुरुत्वाकर्षण को अन्य तीन बलों के साथ मिलाने से GUT के बजाय सब कुछ (OO) का सिद्धांत मिलेगा। हालाँकि, GUT को अक्सर OO की ओर एक मध्यवर्ती कदम के रूप में देखा जाता है। ये सभी एकीकरण और सुपरएकीकरण के महान सिद्धांतों के लिए विशिष्ट विचार हैं।
जीयूटी मॉडल द्वारा भविष्यवाणी किए गए नए कणों के जीयूटी पैमाने के आसपास द्रव्यमान होने की उम्मीद है - प्लैंक पैमाने के नीचे परिमाण के कुछ ही आदेश - और इसलिए किसी भी प्रस्तावित कण कोलाइडर प्रयोगों के लिए पहुंच से बाहर हैं। इसलिए, जीयूटी मॉडल द्वारा अनुमानित कणों को सीधे नहीं देखा जा सकता है, और इसके बजाय, प्रोटॉन क्षय, प्राथमिक कण विद्युत द्विध्रुवीय क्षण, या न्यूट्रिनो गुणों जैसे अप्रत्यक्ष अवलोकनों के माध्यम से भव्य एकीकरण प्रभावों का पता लगाया जा सकता है। कुछ जीयूटी, जैसे पति सलाम मॉडल, चुंबकीय मोनोपोल के अस्तित्व की भविष्यवाणी करते हैं।
मॉडल की विशेषताएं
GUT मॉडल, जो पूरी तरह से यथार्थवादी होने का लक्ष्य रखते हैं, मानक मॉडल की तुलना में काफी जटिल हैं, क्योंकि उन्हें अतिरिक्त फ़ील्ड और इंटरैक्शन, या यहां तक कि अंतरिक्ष के अतिरिक्त आयामों का परिचय देना चाहिए। इस जटिलता का मुख्य कारण मनाया गया फर्मियन द्रव्यमान और मिश्रण कोणों को पुन: उत्पन्न करने की कठिनाई में निहित है, जो परंपरागत जीयूटी मॉडल के बाहर कुछ अतिरिक्त पारिवारिक समरूपता के अस्तित्व के कारण हो सकता है। इस कठिनाई और किसी भी देखने योग्य भव्य एकीकरण प्रभाव की अनुपस्थिति के कारण, अभी भी आम तौर पर स्वीकृत GUT मॉडल नहीं है।
ऐतिहासिक रूप से सबसे पहलेली के सरल एसयू समूह पर आधारित एक सच्चा GUT 1974 में हॉवर्ड जॉर्ज और शेल्डन ग्लासो द्वारा प्रस्तावित किया गया था। जॉर्जी-ग्लाशो मॉडल से पहले अब्दुस सलाम और जोगेश पाटी द्वारा प्रस्तावित अर्ध-सरल झूठ बीजगणित पाटी-सलाम मॉडल था, जिन्होंने पहले एकीकृत गेज इंटरैक्शन का प्रस्ताव रखा था।
नाम इतिहास
संक्षिप्त नाम GUT (GUT) को पहली बार 1978 में CERN के शोधकर्ता जॉन एलिस, आंद्रेज बुरास, मैरी सी। गेयार्ड और दिमित्री नैनोपोलोस द्वारा गढ़ा गया था, लेकिन अपने लेख के अंतिम संस्करण में उन्होंने GUM (महान एकीकरण द्रव्यमान) को चुना। उस वर्ष बाद में नैनोपोलोस एक लेख में परिवर्णी शब्द का उपयोग करने वाले पहले व्यक्ति थे। संक्षेप में, ग्रैंड यूनिफाइड थ्योरी के रास्ते पर बहुत काम किया गया है।
अवधारणाओं की समानता
संक्षिप्त नाम एसयू का उपयोग भव्य एकीकरण सिद्धांतों को संदर्भित करने के लिए किया जाता है, जिसे इस पूरे लेख में बार-बार संदर्भित किया जाएगा। तथ्य यह है कि इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन के विद्युत आवेश एक दूसरे को अत्यधिक सटीकता के साथ रद्द करते प्रतीत होते हैं, मैक्रोस्कोपिक दुनिया के लिए आवश्यक है जैसा कि हम जानते हैं, लेकिन प्राथमिक कणों की इस महत्वपूर्ण संपत्ति को कण भौतिकी के मानक मॉडल में समझाया नहीं गया है। जबकि मानक मॉडल में मजबूत और कमजोर इंटरैक्शन का विवरण सरल एसयू (3) और एसयू (2) समरूपता समूहों द्वारा शासित गेज समरूपता पर आधारित है, जो केवल असतत शुल्क की अनुमति देता है, शेष घटक, कमजोर हाइपरचार्ज इंटरैक्शन, द्वारा वर्णित है एबेलियन यू(1), जो सिद्धांत रूप में अनुमति देता हैआरोपों का मनमाना वितरण।
अवलोकित आवेश परिमाणीकरण, अर्थात् यह तथ्य कि सभी ज्ञात प्राथमिक कणों में विद्युत आवेश होते हैं जो प्राथमिक आवेश के के सटीक गुणक प्रतीत होते हैं, इस विचार को जन्म दिया कि हाइपरचार्ज इंटरैक्शन और संभवतः मजबूत और कमजोर इंटरैक्शन का निर्माण किया जा सकता है। मानक मॉडल वाले एक बड़े सरल समरूपता समूह द्वारा वर्णित एक भव्य एकीकृत बातचीत में। यह स्वचालित रूप से प्राथमिक कणों के सभी आवेशों की मात्रात्मक प्रकृति और मूल्यों की भविष्यवाणी करेगा। क्योंकि यह हमारे द्वारा देखे जाने वाले अंतर्निहित इंटरैक्शन की सापेक्ष ताकत की भविष्यवाणी की ओर जाता है, विशेष रूप से कमजोर मिश्रण कोण, ग्रैंड यूनिफिकेशन आदर्श रूप से स्वतंत्र इनपुट की संख्या को कम करता है, लेकिन टिप्पणियों तक भी सीमित है। भव्य एकीकृत सिद्धांत जितना सार्वभौमिक लग सकता है, उस पर पुस्तकें बहुत लोकप्रिय नहीं हैं।
जॉर्जी-ग्लासगो थ्योरी (एसयू (5))
भव्य एकीकरण 19वीं शताब्दी में मैक्सवेल के विद्युत चुंबकत्व के सिद्धांत में विद्युत और चुंबकीय बलों के एकीकरण की याद दिलाता है, लेकिन इसका भौतिक अर्थ और गणितीय संरचना गुणात्मक रूप से भिन्न है।
हालांकि, यह स्पष्ट नहीं है कि विस्तारित भव्य एकीकृत समरूपता के लिए सबसे सरल संभव विकल्प प्राथमिक कणों का सही सेट तैयार करना है। तथ्य यह है कि पदार्थ के सभी ज्ञात कण तीन सबसे छोटे एसयू (5) समूह प्रतिनिधित्व सिद्धांतों में अच्छी तरह से फिट होते हैं और तुरंत सही अवलोकन योग्य शुल्क लेते हैं, पहले में से एक है औरसबसे महत्वपूर्ण कारण क्यों लोग मानते हैं कि भव्य एकीकृत सिद्धांत वास्तव में प्रकृति में महसूस किया जा सकता है।
एसयू(5) के दो सबसे छोटे इरेड्यूसिबल निरूपण 5 और 10 हैं। मानक संकेतन में, 5 में दाएं हाथ के डाउन-टाइप कलर ट्रिपलेट और लेफ्ट-लेफ्टन आइसोस्पिन डबल के चार्ज संयुग्म होते हैं, जबकि 10 इसमें अप-टाइप क्वार्क के छह घटक होते हैं, बाएं हाथ के डाउन-टाइप क्वार्क के ट्रिपलेट और दाएं हाथ के इलेक्ट्रॉन का रंग। इस योजना को पदार्थ की तीन ज्ञात पीढ़ियों में से प्रत्येक के लिए पुन: प्रस्तुत किया जाना चाहिए। यह उल्लेखनीय है कि सिद्धांत में इस सामग्री के साथ विसंगतियां नहीं हैं।
काल्पनिक दाहिने हाथ के न्यूट्रिनो एक एसयू(5) सिंगलेट हैं, जिसका अर्थ है कि इसका द्रव्यमान किसी भी समरूपता द्वारा निषिद्ध नहीं है; इसे सहज रूप से समरूपता को तोड़ने की आवश्यकता नहीं है, जो बताता है कि इसका द्रव्यमान बड़ा क्यों होगा।
यहाँ, पदार्थ का एकीकरण और भी अधिक पूर्ण है, क्योंकि इरेड्यूसेबल स्पिनर प्रतिनिधित्व 16 में SU(5) और दाएं हाथ के न्यूट्रिनो के 5 और 10 दोनों शामिल हैं, और इस प्रकार एक पीढ़ी के कणों की कुल सामग्री न्यूट्रिनो द्रव्यमान के साथ विस्तारित मानक मॉडल। यह पहले से ही सबसे बड़ा सरल समूह है जो एक योजना में पदार्थ के एकीकरण को प्राप्त करता है जिसमें पदार्थ के केवल पहले से ही ज्ञात कण शामिल हैं (हिग्स सेक्टर को छोड़कर)।
चूंकि विभिन्न मानक मॉडल फ़र्मियन को बड़े प्रतिनिधित्व में समूहीकृत किया जाता है, जीयूटी विशेष रूप से फ़र्मियन द्रव्यमान के बीच संबंधों की भविष्यवाणी करते हैं, जैसे कि एक इलेक्ट्रॉन औरडाउन क्वार्क, म्यूऑन, और अजीब क्वार्क; और एसयू (5) के लिए ताऊ लेप्टन और डाउन क्वार्क। इनमें से कुछ द्रव्यमान अनुपात अनुमानित हैं, लेकिन अधिकांश नहीं।
SO(10) सिद्धांत
SO(10) के लिए बोसोनिक मैट्रिक्स SU(5) के 10 + 5 निरूपण का 15×15 मैट्रिक्स लेकर और दाएं न्यूट्रिनो के लिए एक अतिरिक्त पंक्ति और स्तंभ जोड़कर पाया जाता है। 20 आवेशित बोसोन (2 दाएँ W बोसॉन, 6 बड़े आवेशित ग्लूऑन और 12 X/Y प्रकार के बोसॉन) में से प्रत्येक में एक साथी जोड़कर और 5 तटस्थ बोसॉन बनाने के लिए एक अतिरिक्त भारी तटस्थ Z बोसॉन जोड़कर बोसॉन पाया जा सकता है। बोसोनिक मैट्रिक्स में प्रत्येक पंक्ति और स्तंभ में एक बोसोन या उसका नया साथी होगा। ये जोड़े परिचित 16D Dirac स्पिन मैट्रिसेस SO(10) बनाने के लिए गठबंधन करते हैं।
मानक मॉडल
स्प्लिट मल्टीप्लेट कणों के वेक्टर स्पेक्ट्रा के साथ मानक मॉडल के नॉनचिरल एक्सटेंशन जो स्वाभाविक रूप से उच्च एसयू (एन) जीयूटी में दिखाई देते हैं, रेगिस्तानी भौतिकी को महत्वपूर्ण रूप से बदलते हैं और सामान्य तीन क्वार्क-लेप्टन के लिए यथार्थवादी (पंक्ति-स्केल) भव्य एकीकरण की ओर ले जाते हैं सुपरसिमेट्री का उपयोग किए बिना भी परिवार (नीचे देखें)। दूसरी ओर, सुपरसिमेट्रिक एसयू (8) जीयूटी में उभरने वाले एक नए लापता वीईवी तंत्र के उद्भव के कारण, गेज पदानुक्रम समस्या (डबल-ट्रिपलेट स्प्लिटिंग) और स्वाद एकीकरण समस्या का एक साथ समाधान पाया जा सकता है।
अन्य सिद्धांत और प्राथमिक कण
चार परिवारों/पीढ़ियों के साथ जीयूटी, एसयू(8): मान लें कि 3 के बजाय 4 पीढ़ियों के फ़र्मियन कुल 64 कण प्रकार उत्पन्न करते हैं। उन्हें 64=8 + 56 एसयू (8) अभ्यावेदन में रखा जा सकता है। इसे SU(5) × SU(3) F × U(1) में विभाजित किया जा सकता है, जो कि SU(5) सिद्धांत है, साथ ही कुछ भारी बोसॉन जो पीढ़ी संख्या को प्रभावित करते हैं।
GUT चार परिवारों/पीढ़ियों के साथ, O(16): फिर से, यह मानते हुए कि 4 पीढ़ियों के फ़र्मियन, 128 कण और एंटीपार्टिकल्स एक O(16) स्पिनर प्रतिनिधित्व में फिट हो सकते हैं। इन सभी चीजों की खोज ग्रैंड यूनिफाइड थ्योरी के रास्ते में हुई थी।
