Akademik

ВЕЛИКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ

ВЕЛИКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ: (великий синтез) (Grand Unificaion), теоретические модели, исходящие из представлений о единой природе сильного, слабого и эл.-магн. вз-ствий. В основе этих моделей лежат обнаруженная симметрия между лептонами и кварками в единой теории эл.-магн. и слабого вз-ствий (в электрослабом вз-ствии, (см. СЛАБОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ)) и тот факт, что в калибровочных теориях поля предсказывается при переходе к малым расстояниям (т. е. к высоким энергиям), с одной стороны, увеличение константы электрослабого вз-ствия, а с другой — уменьшение константы сильного вз-ствия (см. КВАНТОВАЯ ХРОМОДИНАМИКА). Экстраполяция такой тенденции на сверхвысокие энергии приводит к равенству констант всех трёх вз-ствий при нек-ром энергетич. масштабе l. В моделях «В. о.» предполагается, что при энергиях ?>l глюоны, фотоны, промежуточные векторные бозоны W± и Z0 явл. квантами калибровочных полей единой калибровочной симметрии «В. о.». Кроме того, объединение лептонов и кварков в единые мультиплеты группы симметрии «В. о.» приводит к существованию довольно большого числа смешанных калибровочных полей (с той же константой вз-ствия), кванты к-рых обладают одновременно лептонным и «цветовым» зарядами. Величина Л характеризует энергетич. масштаб спонтанного нарушения симметрии «В. о.», за счёт к-рого возникают массы у ч-ц, описывающих смешанные калибровочные поля. В разных моделях «В. о.» предсказывается разл. величина l. В большинстве моделей l=1014—1016 ГэВ (однако существуют модели и «раннего» «В. о.» при l=106—108 ГэВ). Такие энергии недостижимы ни на планируемых в обозримом будущем ускорителях, ни в косм. лучах, так что для проверки моделей «В. о.» могут использоваться либо предсказания моделей в низкоэнергетич. области, либо их космологич. следствия (по совр. представлениям, на очень ранних стадиях расширения Вселенной могли достигаться темп-ры (в энергетич. шкале) Т?l).

В рамках «В. о.» однозначно определяется величина параметра sin2qW (где qW— т. н. угол Вайнберга) теории электрослабого вз-ствия, характеризующего вз-ствие нейтральных слабых токов (см. НЕЙТРАЛЬНЫЙ ТОК). Этот параметр определяется при ?>l структурными постоянными группы симметрии «В. о.», а при низких энергиях ?-l, отвечающих условиям совр. экспериментов, его величина вычисляется с помощью процедуры перенормировки.

В большинстве моделей объединение кварков и лептонов приводит к существованию кварк-лептонных переходов с несохранением барионного заряда. Такие переходы могут вызывать распады протона. Модели «В. о.» предсказывают, что время жизни протона должно составлять 1030 — 1032 лет. Несохранение барионного заряда может иметь также важные космологич. следствия: неравновесные процессы с нарушениями СР-инвариантности (см. КОМБИНИРОВАННАЯ ИНВЕРСИЯ) и закона сохранения барионного заряда в ранней Вселенной могут объяснить наблюдаемую барионную асимметрию Вселенной (т. е. отсутствие заметного кол-ва антибарионов во Вселенной). В моделях «В. о.» возникают определ. соотношения между массами кварков и лептонов. В рамках моделей «В. о.» может найти естеств. объяснение малая ненулевая масса покоя нейтрино. Неизбежным следствием всех существующих моделей «В. о.» явл. квантование электрич. заряда и существование решений типа магнитных монополей Дирака. При этом масса монополей оказывается очень большой, =l/?a (где a — безразмерная константа эл.-магн. вз-ствия), так что они не могут образовываться в современных лаб. или косм. условиях. Космологич. оценки концентрации монополей, образовавшихся в ранней Вселенной, дают величину, значительно превышающую существующие наблюдат. ограничения, что создаёт серьёзную проблему для космологии и моделей «В. о.». Величина А в моделях «В. о.» близка к величине т. н. планковской массы mП=1019 ГэВ, при к-рой становится необходимым переход к квант. описанию гравитационного взаимодействия. Это позволяет надеяться, что дальнейшее развитие моделей «В. о.» приведёт к объединению всех фундам. вз-ствий, включая и гравитационное.