大だい统一理いちり论

大だい統一とういつ理り论（Grand Unified Theory，缩写GUT）是ぜ一いち種しゅ物理ぶつり理り论。物理ぶつり學者がくしゃ希望きぼう能のう藉由单獨一種物理理论来合理解释电磁相互そうご作用さよう、强つよ相互そうご作用さよう和わ弱じゃく相互そうご作用さよう导致的てき物理ぶつり现象。大だい统一理论算是物理界迈向万まん有理ゆうり论的てき踏脚石せき。請注意ちゅうい，大だい统一理いちり论并不ふ包括ほうかつ引力いんりょく，试图也将引力いんりょく统一的てき理り论称為ため万まん有理ゆうり论。

歷史れきし

爱因斯坦在ざい提出ていしゅつ相あい对论以后，从20年代ねんだい开始就致力りょく于寻找一种统一的理论来解释当时已知的所有相互そうご作用さよう，也就是ぜ引力いんりょく和わ电磁力りょく，爱因斯坦晚年ばんねん偏へん离物理ぶつり界かい大だい方向ほうこう自己じこ研究けんきゅう大だい统一理いちり论，直ちょく到いた他た1955年ねん逝世。在ざい爱因斯坦的てき年代ねんだい，强つよ相互そうご作用さよう和わ弱じゃく相互そうご作用さよう的てき概念がいねん尚なお未み形成けいせい，因いん此爱因いん斯坦的てき努力どりょく似に乎过於超前まえ。

电弱交互こうご作用さよう理り论和强つよ交互こうご作用さよう理り论建立こんりゅう以后，由ゆかり于他们都由よし相似そうじ的てき规范场论来らい描述，理り论物理学りがく家か随したがえ即そく试图统一它们。哈沃德とく·乔吉和わ谢尔登とう·格かく拉ひしげ肖あやか于1974年ねん提出ていしゅつ了りょう最早もはや的てきSU(5)大だい统一理いちり论。这是第だい一个统一了电弱相互作用和强相互作用的理论。值得指出さしで的てき是ぜ，由ゆかり于量子りょうし引力いんりょく理り论尚存在そんざい困こま难，目前もくぜん一般いっぱん称しょう为“大だい统一理いちり论”的てき理り论都与あずか引力いんりょく无关。

动机

在ざい标准模型もけい中なか，粒子りゅうし的てき超ちょう荷に对应于U(1)群ぐん的てき量子りょうし数すう。在ざい数すう学理がくり论中，U(1)群ぐん可か以有无限多た个表示ひょうじ，与あずか之これ相しょう应，超ちょう荷に可か以是任意にんい有理数ゆうりすう。但ただし是ぜ夸克和わ电子的てき电荷都と是ぜ1/3的てき整数せいすう倍ばい，因いん此它们的超ちょう荷に都と是ぜ1/6的てき整数せいすう倍ばい。理り论物理学りがく家か猜测这是因いん为标准じゅん模型もけい的てき$SU(3)\times SU(2)\times U(1)$其实是ぜ一いち个大的てき单群的てき子こ群ぐん。这样，相そう关的数すう学理がくり论就会かい把わ超ちょう荷に限げん制せい在ざい1/6的てき整数せいすう倍ばい的てき数かず值上うえ。

经典SU(5)理り论

$SU(5)$理り论是第だい一种大统一理论。它将标准模型もけい的てき$SU(3)\times SU(2)\times U(1)$嵌入かんにゅう在ざい一いち个$SU(5)$群ぐん中ちゅう。该群两个最小さいしょう的てき不可ふか约表示ひょうじ，5表示ひょうじ和わ10表示ひょうじ刚好能のう够将标准模型もけい的てき一いち整せい代だい费米子こ纳入其中，$SU(5)$群ぐん的てき超ちょう荷に算さん符ふ也刚好こう能のう给出所有しょゆう粒子りゅうし正せい确的超ちょう荷に，因いん此理论物理学りがく家か一いち度ど认为，该模型がた极有可能かのう是正ぜせい确的。

值得注意ちゅうい的てき是ぜ，$SU(5)$模型もけい是ぜ反はん常つね自じ动相消けし的てき。另外，$SU(5)$模型もけい并没有ゆう自じ动包括ほうかつ右手みぎて中ちゅう微ほろ子こ，因いん此不能ふのう自じ动解释中微ほろ子こ质量。

三种作用常数的统一与超对称

一些大统一理论通常要求标准模型もけい三さん种耦合常数じょうすう在ざい某ぼう个能标上跑到同どう一个数值上去。简单的てき$SU(5)$模型もけい无法做到这一いち点てん。但ただし是ぜ在ざい超ちょう对称$SU(5)$模型もけい中ちゅう，三种耦合常数在能标

$\Lambda _{\text{GUT}}\approx 10^{16}\,{\text{GeV}}$.

处比较精确地跑到了りょう一いち点てん。理り论物理学りがく家相かそう信しんじ，这不是ぜ巧たくみ合ごう。这也是ぜ粒子りゅうし物理ぶつり学がく中ちゅう引入超ちょう对称的てき重要じゅうよう动机之の一いち。

大だい统一理いちり论的现状

大だい统一理论通常会破坏重子数守恆もりつね，因いん此它们常常つね预言质子衰おとろえ变。但ただし是ぜ最さい简单的てき$SU(5)$模型もけい已やめ经被相しょう关实验排除はいじょ。超ちょう对称大だい统一理论预测了更长的质子寿命，因いん此相比ひ简单的てき$SU(5)$模型もけい而言稍やや微ほろ好こう一いち些。目前もくぜん，没ぼつ有ゆう任にん何なん支持しじ关于大だい统一理いちり论的实验证据。

参まいり见

• 标准模型もけい
• 万まん有理ゆうり论
• 規範きはん理論りろん
• 統一とういつ場じょう論ろん
• 希まれ格かく斯場

外部がいぶ連結れんけつ

• Scholarpedia: Grand Unification（页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）