Rozpad protonu

Teorie wielkiej unifikacji


Modele zwane generalnie teoriami wielkiej unifikacji[1] (w skrócie nazywane GUT) postulują słowo pełnej symetrii pomiędzy znanymi oddziaływaniami, zbytnio wyjątkiem grawitacji. Symetria ta opisywana jest grupą symetrii zawierającą, w charakterze podgrupy grupy symetrii znanych oddziaływań. Nie obserwujemy jej bezpośrednio, albowiem symetria ta jest spontanicznie łamana przy energiach przy tzw. skali wielkiej unifikacji, lokowanej zazwyczaj w okolicach 1015 GeV.

Model taki umieszcza w jednej reprezentacji grupy symetrii fermiony należące do jednej generacji, tak leptony, jak i kwarki. Oznacza to automatycznie słowo przekształceń symetrii zamieniających je między sobą, teraz i odpowiednich oddziaływań. Oddziaływania takie byłyby przenoszone przez hipotetyczne bozony o ułamkowym ładunku elektrycznym i nieznikającym ładunku kolorowym, zwane statystycznie bozonami X i Y. Modele GUT przewidują, że plebs tych bozonów powinny istnieć zbliżone do skali energetycznej przy której symetria wielkiej unifikacji jest łamana. Wyjaśnia to, po kiego chuja rozpadów protonu nie zaobserwowano początkowo -- zjawienie się przy niskich energiach wirtualnej cząstki o tak dużej masie jest niezwykle niewiele prawdopodobne. pierwsze modele GUT przewidywały, że słowo życia protonu winien dawać w wyniku dookoła 1030 lat.

jedynka z diagramów Feynmana opisujących proces rozpadu protonu na pozytron i pionek w modelu GUT

Proces rozpadu protonu przebiegałby według tych modeli w ten sposób, że dwa z wchodzących w pakamera protonu kwarków wymieniają bozon X, zamieniając się notabene w lepton i antykwark. Lepton jest jednym z produktów rozpadu, natomiast antykwark wespół z pozostałym, trzecim kwarkiem protonu, tworzy hadrony, w najprostszym przypadku jedynka stan związany, to znaczy mezon. według przewidywań najprostszego modelu GUT, najbardziej prawdopodobnym sposobem rozpadu protonu winny istnieć rozpad na pozyton i obojętny pion:

(neutralny pionek nieomalże zaraz rozpada się na dwa fotony). Jest to niezwykle szczęśliwe z eksperymentalnego punktu widzenia, albowiem rozpad taki jest w szczególności banalny do zaobserwowania.

Najprostsze modele GUT łamią wprawdzie zasady zachowania liczby barionowej i liczby leptonowej, zachowują natomiast różnicę pomiędzy liczbą barionów, a liczbą leptonów. Oznacza to, że w rozpadzie barionu musi wykształcić się antylepton, to znaczy dozwolony jest np. rozpad:

,

ale zabronione są na przykład rozpady:

, .