Grande Unificazione

Grande Unificazione

Trattazione delle interazioni elettrodeboli e forti come un’unica interazione basata su una teoria di gauge più vasta (GUT, Grand unified theory). Nel Modello Standard della fisica delle particelle le interazioni forti, deboli ed elettromagnetiche sono descritte da tre teorie di gauge separate, descritte dal prodotto dei gruppi di simmetria SU(3)×SU(2)×U(1), con tre costanti di accoppiamento differenti. Ma al variare della scala di energia dei processi elementari il valore efficace delle costanti varia logaritmicamente con un andamento calcolabile. Si osserva che il valore delle tre costanti tende verso un limite comune a energie molto grandi, dell’ordine di M_GUTc²∼10¹⁵÷10¹⁶ GeV; ciò suggerisce che a tali energie la simmetria di gauge si estende a un gruppo più grande che contiene come sottogruppi i tre gruppi di gauge del Modello Standard. In altre parole, le tre interazioni che si osservano a bassa energia sarebbero la manifestazione di un’unica interazione che si renderà palese a energie molto grandi. Il gruppo della simmetria unificata potrebbe essere SU(5) oppure SO(10) oppure ancora un gruppo più grande. Nella teoria grande unificata i quark e i leptoni di una generazione completano una rappresentazione riducibile (in SU(5)) ovvero irriducibile (in SO(10), dove tutti i fermioni di una generazione sono contenuti in una 16). Ne deriva una spiegazione dei rapporti di carica osservati tra i quark e i leptoni, e in generale dei numeri quantici dei quark e dei leptoni. Inoltre esistono delle nuove interazioni, mediate da bosoni di gauge molto pesanti, con masse di ordine M_GUT, che inducono transizioni tra quark e leptoni, ovvero rendono il protone instabile, con una vita media compatibile con i limiti attuali, ma in generale non lontana, τ_p≳10³² anni. Nelle estensioni supersimmetriche del Modello Standard l’unificazione degli accoppiamenti si ­realizza con maggiore accuratezza e il decadimento del protone è più lento, in migliore accordo con i limiti attuali. La prossimità di M_GUT alla scala di energia M_Pc²∼10¹⁹ GeV (M_P, massa di Planck), dove gli effetti quantistici della gravitazione divengono importanti, suggerisce la possibilità di un’unificazione che include anche la ­gravità quantistica, come nelle teorie delle stringhe.

→ Interazioni fondamentali