Теории Великого объединения[1] (англ. Grand Unified Theory, GUT) — в физике элементарных частиц группа теоретических моделей, описывающих единым образом сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия. Предполагается, что при чрезвычайно высоких энергиях (выше 1014 ГэВ) эти взаимодействия объединяются.[2][3] Хотя это единое взаимодействие не наблюдалось непосредственно, многие модели ТВО предсказывают его существование. Если объединение этих трех взаимодействий возможно, это поднимает во о том, что в очень ранней Вселенной была великая объединительная эпоха, в которой эти три фундаментальных взаимодействия еще не были разделены друг от друга.
Эксперименты подтвердили, что при высокой энергии электромагнитное взаимодействие и слабое взаимодействие объединяются в единое электрослабое взаимодействие. Модели ТВО предсказывают, что при достаточно высоких энергиях, сильные взаимодействия и электрослабые взаимодействия объединяются в одно электроядерное взаимодействие. Это взаимодействие характеризуется одной единой калибровочной симметрией и, следовательно, несколькими носителями силы, но одной унифицированной константой связи[4]. Объединение гравитации с электроядерным взаимодействием привело бы скорее к теории всего (TВ), а не ТВО. ТВО часто рассматривается как промежуточный этап на пути к TВ.
Ожидается, что новые частицы, предсказанные моделями ТВО, будут иметь чрезвычайно высокие массы порядка {\displaystyle 10^{16}}{\displaystyle 10^{16}} ГэВ — всего на несколько порядков ниже Планковской энергии {\displaystyle 10^{19}}{\displaystyle 10^{19}} ГэВ — и, таким образом, находится далеко за пределами досягаемости любого эксперимента с коллайдерами частиц в обозримом будущем[5]. Таким образом, частицы, предсказанные моделями ТВО, не смогут быть наблюдаемы непосредственно, а вместо этого эффекты Великого объединения могут быть обнаружены через косвенные наблюдения, такие как распад протона[5], электрические дипольные моменты элементарных частиц или свойства нейтрино[6]. Некоторые теории, такие как модель Пати-Салама, предсказывают существование магнитных монополей.
Модели ТВО, которые стремятся быть полностью реалистичными, довольно сложны, даже по сравнению к Стандартной модели, потому что им нужно ввести дополнительные поля и взаимодействия, или даже дополнительные измерения Основная причина такой сложности кроется в трудностях воспроизведения наблюдаемых фермионных масс и углов смешения, которые могут быть связаны с существованием некоторых дополнительных симметрий, выходящих за рамки обычных моделей ТВО. Из-за этой трудности, а также из-за отсутствия какого-либо наблюдаемого эффекта ТВО до сих пор общепринятой модели ТВО не существует.
Модели, которые не объединяют три взаимодействия, используя одну группу в качестве калибровочной симметрии, но делают это с полу групп, которые могут проявлять сходные свойства и иногда также называются ТВО.[2]
Замкнутые системы
1) Система тел, не взаимодействующих с другими телами, не входящими в эту систему, называется замкнутой системой.
2) В замкнутой системе геометрическая сумма импульсов тел остается постоянной при любых взаимодействиях тел этой системы между собой.
3) Этот фундаментальный закон природы называется законом сохранения импульса.
4) Необходимым условием применимости закона сохранения импульса к системе взаимодействующих тел является использование инерциальной системы отсчета.
Объяснение:
Теории Великого объединения[1] (англ. Grand Unified Theory, GUT) — в физике элементарных частиц группа теоретических моделей, описывающих единым образом сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия. Предполагается, что при чрезвычайно высоких энергиях (выше 1014 ГэВ) эти взаимодействия объединяются.[2][3] Хотя это единое взаимодействие не наблюдалось непосредственно, многие модели ТВО предсказывают его существование. Если объединение этих трех взаимодействий возможно, это поднимает во о том, что в очень ранней Вселенной была великая объединительная эпоха, в которой эти три фундаментальных взаимодействия еще не были разделены друг от друга.
Эксперименты подтвердили, что при высокой энергии электромагнитное взаимодействие и слабое взаимодействие объединяются в единое электрослабое взаимодействие. Модели ТВО предсказывают, что при достаточно высоких энергиях, сильные взаимодействия и электрослабые взаимодействия объединяются в одно электроядерное взаимодействие. Это взаимодействие характеризуется одной единой калибровочной симметрией и, следовательно, несколькими носителями силы, но одной унифицированной константой связи[4]. Объединение гравитации с электроядерным взаимодействием привело бы скорее к теории всего (TВ), а не ТВО. ТВО часто рассматривается как промежуточный этап на пути к TВ.
Ожидается, что новые частицы, предсказанные моделями ТВО, будут иметь чрезвычайно высокие массы порядка {\displaystyle 10^{16}}{\displaystyle 10^{16}} ГэВ — всего на несколько порядков ниже Планковской энергии {\displaystyle 10^{19}}{\displaystyle 10^{19}} ГэВ — и, таким образом, находится далеко за пределами досягаемости любого эксперимента с коллайдерами частиц в обозримом будущем[5]. Таким образом, частицы, предсказанные моделями ТВО, не смогут быть наблюдаемы непосредственно, а вместо этого эффекты Великого объединения могут быть обнаружены через косвенные наблюдения, такие как распад протона[5], электрические дипольные моменты элементарных частиц или свойства нейтрино[6]. Некоторые теории, такие как модель Пати-Салама, предсказывают существование магнитных монополей.
Модели ТВО, которые стремятся быть полностью реалистичными, довольно сложны, даже по сравнению к Стандартной модели, потому что им нужно ввести дополнительные поля и взаимодействия, или даже дополнительные измерения Основная причина такой сложности кроется в трудностях воспроизведения наблюдаемых фермионных масс и углов смешения, которые могут быть связаны с существованием некоторых дополнительных симметрий, выходящих за рамки обычных моделей ТВО. Из-за этой трудности, а также из-за отсутствия какого-либо наблюдаемого эффекта ТВО до сих пор общепринятой модели ТВО не существует.
Модели, которые не объединяют три взаимодействия, используя одну группу в качестве калибровочной симметрии, но делают это с полу групп, которые могут проявлять сходные свойства и иногда также называются ТВО.[2]