Birleşik alan teorisi - Unified field theory

"Birleşik teori" burada yönlendirir. Grup için bkz Birleşik Teori (bant) .

In fiziği , bir birleşik alan teorisi ( DTM ) türüdür alan teorisinin genellikle şeklinde düşünülen hepsi tanır temel kuvvetler ve temel parçacıklar fiziksel ve sanal alanların bir çift açısından yazılacak. Fizikteki modern keşiflere göre, kuvvetler etkileşen nesneler arasında doğrudan iletilmez, bunun yerine alanlar adı verilen aracı varlıklar tarafından tanımlanır ve kesilir .

Bununla birlikte, klasik olarak, alanların ikiliği tek bir fiziksel alanda birleştirilir. Bir yüzyıldan fazla bir süredir birleşik alan teorisi açık bir araştırma alanı olarak kaldı ve bu terim, genel görelilik teorisini elektromanyetizma ile birleştirmeye çalışan Albert Einstein tarafından icat edildi . " Her Şeyin Teorisi " ve Büyük Birleşik Teori , birleşik alan teorisiyle yakından ilişkilidir, ancak doğanın temelinin alanlar olmasını gerektirmemesi ve genellikle doğanın fiziksel sabitlerini açıklamaya çalışmasıyla farklılık gösterir . Klasik fiziğe dayalı daha önceki girişimler, klasik birleşik alan teorileri hakkındaki makalede anlatılmıştır .

Birleşik alan teorisi hedefi, gelecekteki teorik fizik için büyük ilerlemelere yol açmıştır ve ilerleme devam etmektedir.

Tanıtım

kuvvetler

Temel parçacıkların Standart Modeli + varsayımsal Graviton

Bilinen temel kuvvetlerin dördüne, parçacık fiziğinin Standart Modelinde ayar bozonlarının değişiminden kaynaklanan alanlar aracılık eder . Spesifik olarak birleştirilecek dört temel etkileşim şunlardır:

Modern birleşik alan teorisi, bu dört kuvveti ve maddeyi tek bir çerçevede bir araya getirmeye çalışır.

Tarih

klasik teori

İlk başarılı klasik birleşik alan teorisi James Clerk Maxwell tarafından geliştirildi . 1820'de Hans Christian Ørsted elektrik akımlarının mıknatıslara kuvvet uyguladığını keşfetti, 1831'de Michael Faraday zamanla değişen manyetik alanların elektrik akımlarını indükleyebileceğini gözlemledi . O zamana kadar elektrik ve manyetizma ilişkisiz fenomenler olarak düşünülmüştü. 1864'te Maxwell , elektromanyetik alanın dinamik bir teorisi üzerine ünlü makalesini yayınladı . Bu, birleştirici bir elektromanyetizma teorisi sağlamak için daha önce ayrı alan teorilerini (yani elektrik ve manyetizma) kapsayabilen bir teorinin ilk örneğiydi. 1905'te Albert Einstein , uzay ve zaman kavramlarımızı şimdi uzay-zaman dediğimiz bir varlıkta birleştirmek için Maxwell'in teorisinde ışık hızının sabitliğini kullanmıştı ve 1915'te bu özel görelilik teorisini yerçekimi, genel görelilik tanımına genişletti. , dört boyutlu uzay-zamanın eğri geometrisini tanımlamak için bir alan kullanarak.

Genel teorinin yaratılmasını takip eden yıllarda, çok sayıda fizikçi ve matematikçi, o zamanlar bilinen temel etkileşimleri birleştirme girişimine coşkuyla katıldı. Bu alandaki sonraki gelişmeler göz önüne alındığında, klasik alan teorisinde (elektromanyetik) ayar alanı kavramını tanıtan 1919 Hermann Weyl'in ve iki yıl sonra, genişleyen Theodor Kaluza'nın teorileri özellikle ilgi çekicidir. Beş boyuta genel görelilik . Bu ikinci yönde devam eden Oscar Klein, 1926'da dördüncü uzamsal boyutun küçük, gözlemlenmeyen bir daireye kıvrılmasını önerdi . Gelen Kaluza Klein teori , ilave mekansal yönünde yerçekimi eğrilik elektromanyetizma benzer bir ek kuvvet olarak davranır. Bu ve diğer elektromanyetizma ve yerçekimi modelleri, klasik birleşik alan teorisi girişimlerinde Albert Einstein tarafından takip edildi . 1930'a gelindiğinde Einstein, Einstein-Maxwell-Dirac Sistemini [Dongen] zaten düşünmüştü. Bu sistem (sezgisel olarak) kuantum elektrodinamiğinin (matematiksel olarak iyi tanımlanmamış) süper-klasik [Varadarajan] sınırıdır . Einstein-Yang-Mills-Dirac Sistemini elde etmek için bu sistem, zayıf ve güçlü nükleer kuvvetleri içerecek şekilde genişletilebilir. Fransız fizikçi Marie-Antoinette Tonnelat , 1940'ların başında, nicelenmiş spin-2 alanı için standart komütasyon ilişkileri üzerine bir makale yayınladı. İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra da bu çalışmayı Erwin Schrödinger ile işbirliği içinde sürdürdü . 1960'larda Mendel Sachs , renormalizasyon veya pertürbasyon teorisine başvurmayı gerektirmeyen genel olarak kovaryant alan teorisi önerdi. 1965'te Tonnelat, birleşik alan teorileri üzerine araştırmaların durumu hakkında bir kitap yayınladı.

Modern ilerleme

1963'te Amerikalı fizikçi Sheldon Glashow , zayıf nükleer kuvvet , elektrik ve manyetizmanın kısmen birleşik bir elektrozayıf teorisinden kaynaklanabileceğini öne sürdü . 1967'de Pakistanlı Abdus Salam ve Amerikalı Steven Weinberg , W parçacığı ve Z parçacığı için kütlelerin Higgs mekanizmasıyla kendiliğinden simetri kırılması yoluyla ortaya çıkmasını sağlayarak Glashow'un teorisini bağımsız olarak revize ettiler . Bu birleşik teori, elektrozayıf etkileşimi dört parçacığın aracılık ettiği bir kuvvet olarak modelledi : elektromanyetik yön için foton ve zayıf yön için nötr bir Z parçacığı ve iki yüklü W parçacığı. Kendiliğinden simetri kırılmasının bir sonucu olarak, zayıf kuvvet kısa menzilli hale gelir ve W ve Z bozonları 80.4 kütle kazanır ve91.2 GeV / C 2 , sırasıyla. Teorilerine ilk olarak 1973'te zayıf nötr akımların keşfiyle deneysel destek verildi. 1983'te Z ve W bozonları ilk olarak Carlo Rubbia'nın ekibi tarafından CERN'de üretildi . İçgörüleri için Glashow, Salam ve Weinberg, 1979'da Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü . Carlo Rubbia ve Simon van der Meer , 1984'te Ödülü aldı.

Sonra Gerardus 't Hooft Glashow-Weinberg-Salam elektro etkileşimleri matematiksel teyid edilmiş oldu, elektro teorisi birleştirici kuvvetlerinde daha girişimleri için bir şablon oldu. 1974'te Sheldon Glashow ve Howard Georgi , güçlü ve elektrozayıf etkileşimleri , 100 GeV'nin çok üzerindeki enerjiler için gözlemlenebilir etkileri olan ilk Büyük Birleşik Teori olan Georgi-Glashow modelinde birleştirmeyi önerdiler .

O zamandan beri Büyük Birleşik Teoriler için çeşitli öneriler olmuştur, örneğin Pati-Salam modeli , ancak hiçbiri şu anda evrensel olarak kabul görmemiştir. Bu tür teorilerin deneysel testleri için büyük bir problem, mevcut hızlandırıcıların erişiminin çok ötesinde olan ilgili enerji ölçeğidir . Büyük Birleşik Teoriler, güçlü, zayıf ve elektromanyetik kuvvetlerin göreli güçleri için tahminlerde bulunur ve 1991'de LEP , süpersimetrik teorilerin bir Georgi-Glashow Büyük Birleşik Teorisi için doğru bağlantı oranına sahip olduğunu belirledi .

Pek çok Büyük Birleşik Teori (ancak Pati-Salam değil) protonun bozunabileceğini tahmin ediyor ve eğer bu görülürse, bozunma ürünlerinin detayları Büyük Birleşik Teorinin daha fazla yönü hakkında ipuçları verebilir. Protonun bozunup bozunmayacağı şu anda bilinmemektedir, ancak deneyler ömrü için 10 35 yıllık bir alt sınır belirlemiştir .

Şu anki durum

Teorik fizikçiler, genel görelilik ve kuantum mekaniğini birleştirerek her şeyin teorisini oluşturan , geniş çapta kabul görmüş, tutarlı bir teori henüz formüle etmediler . Gravitonu güçlü ve elektrozayıf etkileşimlerle birleştirmeye çalışmak temel zorluklara yol açar ve ortaya çıkan teori yeniden normalleştirilemez . İki teorinin uyumsuzluğu, fizik alanında göze çarpan bir problem olmaya devam ediyor.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar