Номер 9, страница 273 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

9. В чем заключается сущность теории большого объединения? Суперобъединения?

Теория большого объединения

Сущность теории большого объединения (ТБО) заключается в гипотезе о том, что три из четырех фундаментальных взаимодействий — сильное, слабое и электромагнитное — при очень высоких энергиях становятся неразличимыми и являются проявлениями единой силы. Эта гипотеза выходит за рамки Стандартной модели физики элементарных частиц.

Основные положения ТБО включают в себя следующее. Объединение сил: теория предполагает, что при энергиях порядка $10^{15}$–$10^{16}$ ГэВ (гигаэлектронвольт), которые существовали в первые доли секунды после Большого взрыва (примерно в эпоху от $10^{-43}$ до $10^{-36}$ с), константы связи, характеризующие интенсивность сильного, слабого и электромагнитного взаимодействий, сходятся к одному значению. Единая симметрия: в рамках ТБО вводится более широкая группа симметрии, чем в Стандартной модели. Эта группа объединяет кварки (из которых состоят протоны и нейтроны) и лептоны (например, электроны и нейтрино) в общие семейства (мультиплеты), что означает возможность их взаимных превращений. Предсказания: важнейшим следствием ТБО является предсказание нестабильности протона. Согласно многим моделям ТБО, протон должен распадаться, хотя и за очень большое время (более $10^{34}$ лет), например, по схеме $p^+ \to e^+ + \pi^0$. Эксперименты по поиску распада протона пока не дали положительных результатов, что накладывает строгие ограничения на возможные варианты ТБО. Также ТБО предсказывает существование магнитных монополей.

Важно отметить, что ТБО не включает в себя гравитационное взаимодействие.

Ответ: Теория большого объединения — это гипотетическая модель в физике, которая описывает сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия как проявления единой силы при сверхвысоких энергиях, существовавших в ранней Вселенной. Она объединяет кварки и лептоны в единые семейства и предсказывает распад протона.

Суперобъединение

Суперобъединение — это следующий гипотетический шаг, идущий дальше теории большого объединения. Его цель — создать единую теорию, которая бы описывала все четыре фундаментальных взаимодействия, включая гравитацию. Такая теория часто называется "Теорией всего" (Theory of Everything, TOE).

Основные идеи и подходы к суперобъединению следующие. Включение гравитации: главная задача — объединить квантовую механику (описывающую три взаимодействия) с общей теорией относительности (описывающей гравитацию), создав теорию квантовой гравитации. Энергетический масштаб, на котором гравитация по силе сравнивается с остальными взаимодействиями, — это планковская энергия, около $10^{19}$ ГэВ. Суперсимметрия (SUSY): многие модели суперобъединения основаны на этом принципе, который предполагает существование фундаментальной симметрии между фермионами (частицами вещества, например, электронами) и бозонами (частицами-переносчиками взаимодействий, например, фотонами). Введение суперсимметрии помогает решить некоторые проблемы ТБО и улучшает сходимость констант связи. Теория струн и М-теория: на сегодняшний день это наиболее разработанный кандидат на роль "Теории всего". В теории струн фундаментальные объекты — это не точечные частицы, а одномерные "струны", различные колебания которых воспринимаются как разные частицы (электрон, фотон, гравитон и т.д.). Важно, что теория струн изначально включает в себя квантовую гравитацию.

Экспериментальная проверка теорий суперобъединения является чрезвычайно сложной задачей, так как требуемые энергии на много порядков превышают возможности современных ускорителей.

Ответ: Суперобъединение — это гипотетическая физическая концепция, цель которой — объединить все четыре фундаментальных взаимодействия (сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное) в рамках единой теории, называемой "Теорией всего". Ведущими кандидатами на роль такой теории являются теория струн и М-теория, которые для своего описания используют принципы суперсимметрии и существование дополнительных измерений пространства.