大統一理論
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| 標準模型を超える物理 |
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| 標準模型 |
大統一理論（だいとういつりろん、英語: grand unified theory, GUT）とは、電磁相互作用、弱い相互作用と強い相互作用を統一する理論である。幾つかのモデルが作られているが、未完成の理論である。
電磁相互作用と弱い相互作用の統一は電弱統一理論（ワインバーグ＝サラム理論）としてシェルドン・グラショウ、スティーヴン・ワインバーグ、アブドゥ・サラムにより完成されている。
概要
| 標準模型の3つの力を統一させることはできるか。どの対称性によって統一できるか。その統一理論によってフェルミオンの世代数と質量を説明できるか。 |  |
「自然界は四つの基本的な力（電磁相互作用、弱い相互作用、強い相互作用、重力）で表される」とする。
「宇宙の始まりに存在したのは唯一つの力だけで、その後これらの四つに分かれた」という考え方から、これら四つの力を一つの形で表して統一しようとする理論がいくつかあるが、大統一理論（GUT）はそのひとつである。
GUTはこれらの力のうち、重力を除いた前者三つを一つの形に統一しようとしている。
大統一理論は重力については考えていない。重力までも統一する理論のことを超大統一理論ないし万物の理論という。
GUTの歴史
この理論の歴史を源流まで遡るならば、マクスウェルによる場の方程式による電磁場理論によって電気と磁気が統一されたことから始まる、と言ってもよい。アインシュタインの一般相対性理論に大きな影響を及ぼし、「統一場理論」への夢につながった。その後電磁相互作用と弱い相互作用が統一された。その後作られたこの大統一理論は、三つめの「強い相互作用」も統一しようとする理論である。
- 提唱年と提唱者
歴史的に言うと、最初のまぎれもない大統一理論が提唱されたのは1974年のことで、ハワード・ジョージとシェルドン・グラショーによるものであった。
「ゲージ変換」という、ある式にある操作を施しても対称性（ゲージ対称性）が保たれるという数学的手法を使い、知られている性質を説明し未知の性質を予言し、それを検証することによって理論を確認しようとしている。
- 近年の動向
標準理論では説明できない現象を説明しようとして作られたこの理論は、ビッグバン理論（インフレーション宇宙論）の基礎ともなっているため、様々な検証がおこなわれている。カミオカンデの実験により最初の大統一理論は否定され、超対称性という概念を加えた新しい大統一理論を検証の対象としている。ひとつは、（[いつ?]..年から）東京大学の森俊則教授の率いる日本・スイス・イタリア・ロシア・米国の国際チームがスイス・ポールシェラー研究所で行っているのが、ミュー粒子が崩壊して電子とガンマ線になること（μ→eγ（ミューイーガンマ）崩壊）を観測する実験である。標準理論では起こらないが、大統一理論では数千億から数兆分の一の確率で起こることが予想されていた。2011年9月に発表された5年間の5千億個の実験による中間報告[1]では発見できなかったため、実験を2年間継続し10兆個のミュー粒子で検証することになった。2013年までスイスで行われたMEG実験では2.4兆個観測では崩壊が見つからなかった。なお研究は継続中であり、約10倍の実験感度を改善し、3年間で25兆個を観測するMEGⅡ実験の2021年開始を目指している[2][3]。
GUTのモデル
| 粒子名 | 記号 | 表現 |
|---|---|---|
| クォーク | Q | (3, 2)+1/6 |
| 上系列反クォーク | U | (3*, 1)-2/3 |
| 下系列反クォーク | D | (3*, 1)+1/3 |
| レプトン | L | (1, 2)-1/2 |
| 反荷電レプトン | E | (1, 1)+1 |
| 反ニュートリノ[4] | N | (1, 1)0 |
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