Teoria de la gran unificació

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca

Una teoria de gran unificació (TGU, o GUT per "Grand Unification Theory") és una teoria que unifica tres de les quatre forces fonamentals en la naturalesa: la força nuclear dèbil, la força nuclear forta i la força electromagnètica. La força de la gravetat no és considerada en la Teoria de Gran Unificació, però sí en una eventual Teoria del Tot, que consideraria les quatre interaccions fonamentals.

Introducció[modifica | modifica el codi]

Com a exemples d'"unificació", es troben la demostració, per part de Newton, que la força que manté als planetes girant al voltant del Sol i la força que ens manté enganxats a la superfície de la Terra és la mateixa. També Maxwell portà a terme la unificació dels camps elèctrics i magnètics, considerats fenòmens separats i diferents fins llavors.

Steven Weinberg i Abdus Salam elaboraren entre 1967 i 1968 una teoria relativista del camp quàntic, que permetia expressar les interaccions electromagnètiques i dèbils de forma unificada (interacció electrodèbil) i va preveure fets que més tard foren comprovats experimentalment. Posteriorment, Howard Georgi i Sheldom Glashow desenvoluparen una nova teoria que aportava noves característiques i corregia alguns errors i omissions de la teoria anterior. Aquesta nova teoria, però, preveia el deteriorament del protó. Això va donar lloc a una sèrie d'experiments per detectar aquest efecte, però el temps de vida d'un protó és massa extens (1031 anys), de manera que no és possible observar la partícula durant suficient temps com per presenciar-ne la descomposició. Com a alternativa a observar un sol protó durant aquest període de temps, s'optà per observar una quantitat suficient de protons. Aquests experiments permeteren observar el deteriorament d'un protó, que fou visualitzat com un centelleig en una sèrie de fotosensors.

Formulació matemàtica[modifica | modifica el codi]

El model estàndard de la física de partícules és una teoria de camp de gauge que descriu a fermions elementals (leptons i quarks) en interacció mútua mitjançant una sèrie de camps de Yang-Mills de bosons intermediaris. Donat que el model electrodèbil està basat en una teoria de gauge amb un grup gauge de simetria SU(2)xU(1) i la cromodinàmica quàntica està basada en una teoria de grup gauge SU(3); els físics han trobat prometedor descriure totes aquestes interaccions mitjançant una teoria de gauge amb un grup de simetria que tingui com a subgrups els grups gauge esmentats.

SU(5)[modifica | modifica el codi]

Un candidat obvi com a grup de simetria és SU(5), en el qual es basa el model de Georgi-Glashow de 1974. En aquest model s'incloïa un mecanisme de ruptura espontània de la simetria pel qual la simetria original completa esdevenia una simetria menys general U(1)xSU(2)xSU(3) a baixes energies per fenòmens que trencaven la simetria. Tot i que a grans energies els factors de ruptura es tornen irrellevants i els tres tipus d'interacció havien d'aparèixer com a manifestacions del mateix camp. Una de les prediccions d'aquest model és que existirien interaccions que transformarien quarks en leptons, violant la conservació del nombre bariònic (conservant-se, però, la suma del nombre bariònic més el nombre leptònic). Una d'aquestes interaccions permetria la desintegració del protó en altres partícules leptòniques. Com que la pròpia teoria permet calcular la taxa de desintegració en principi és més o menys directe sotmetre a prova la teoria. La desintegració del protó, però, no ha estat observada i els límits d'error experimental permeten descartar la teoria, raó per la qual s'han buscat altres grups de simetria gauge que donen lloc a prediccions d'acord amb allò observat. L'elegància d'aquesta teoria ha fet que sigui la base de moltes altres propostes posteriors més complexes.