Alsameinaðar sviðskenningar (e. grand unified theories, GUT) ganga út á að sameina þrjár af fjórum víxlverkunum í náttúrunni í eina kenningu. Þær eru veika og sterka víxlverkunin auk rafsegulvíxlverkunarinnar.
Snemma á nítjándu öld var talið að rafmagn og segulmagn væru ótengd fyrirbæri; annað hefði eitthvað með rafhlöður og eldingar að gera en hitt áttavita og norðurpólinn. En árið 1810 tók Ørsted eftir því að rafstraumur hafði áhrif á áttavita og 10 árum síðar uppgötvaði Faraday að segull á hreyfingu gæti myndað rafstraum í vírlykkju. Að lokum tókst Maxwell að sameina þessi tvö fyrirbæri í eina kenningu, nefnilega rafsegulfræði.
Einstein dreymdi um að ganga skrefi lengra með því að sameina þyngdarfræði og rafsegulfræði í eina samsviðskenningu (e. unified field theory). Þrátt fyrir mikla leit tókst honum þetta ekki. Hins vegar tókst Glashow, Weinberg og Salam að sameina veiku víxlverkunina við rafsegulfræði. Fyrir það fengu þeir Nóbelsverðlaunin í eðlisfræði árið 1979.
Kenning þeirra byrjar með fjórar massalausar boðeindir en þrjár þeirra fá síðan massa með svokallaðri Higgs-aðferð og verða W+, W- og Z-eindir. Sú fjórða, ljóseindin, verður áfram massalaus. Ljóseindin er boðeindin í rafsegulfræði en W og Z eru boðeindir í veiku víxlverkuninni. Þó að ferli sem stjórnast af W og Z líti allt öðruvísi út í tilraunum en ferli sem stjórnast af ljóseindinni, eru þau í raun birtingarform á sömu rafveiku víxlverkuninni.
Frá því snemma á áttunda áratugnum hefur fjöldi vísindamanna unnið hörðum höndum að næsta skrefi, sem er að sameina sterku víxlverkunina við rafveiku víxlverkunina í svokallaðri alsameinaðri sviðskenningu. Nokkrar mismunandi hugmyndir eru uppi um hvernig það getur orðið en enn er of snemmt að segja fyrir um hvernig kenningin mun líta út. Eitt af því sem gefur mönnum von um að slík kenning sé til er sú staðreynd að sterki víxlverkunarfastinn, as, minnkar við stuttar vegalengdir (það er að segja við mjög orkumikla árekstra). Veiki víxlverkunarfastinn, aw, gerir það líka, en hann minnkar hægar. Á hinn bóginn vex rafsegulverkunarfastinn, ae, sem er minnstur af þeim þremur. Von þeirra sem leita að alsameinuðu sviðskenningunni er að þeir stefni allir á sama markgildi við gríðarlega háa orku (sjá mynd). Menn hafa reiknað út að þessi sameining geti í fyrsta lagi orðið við orku af stærðargráðunni 1015 GeV! Þetta er miklu hærri orka en mögulegt er að fá fram í öflugustu öreindahröðlum. Engu að síður er þetta áhugaverð hugmynd því þetta þýðir að sá munur sem við sjáum á víxlverkununum þremur (sterku, veiku og rafsegulverkuninni) stafar í raun eingöngu af því að við erum neydd til að rannsaka þær við lága orku þar sem sameining þeirra er hulin.
Í viðtekna líkaninu (e. standard model) er víxlverkununum þremur lýst með kvarðakenningum þar sem til hverrar víxlverkunar svarar ákveðin samhverfugrúpa. Sterku víxlverkuninni milli kvarka er lýst með litkvarðagrúpunni SU(3) en rafveiku víxlverkuninni er lýst með SU(2)xU(1). Ein af hugmyndunum um sameiningu er sú að finna eina grúpu sem inniheldur krossfeldi hinna. Einfaldasta grúpan sem uppfyllir það skilyrði er SU(5). Georgi og Glashow hafa reiknað út að ef SU(5) er rétta samhverfan þá kemur í ljós að róteindin er óstöðug þó að helmingunartími hennar sé reyndar ógurlega langur eða 1032 ár (sem er 1020 sinnum lengri en aldur alheimsins).
Þó svo að þetta sé langur tími gefur þetta vísindamönnum tækifæri á að sannreyna kenninguna. Ekkert hefur enn bent til þess að róteindin sé óstöðug en nýlegar mælingar hafa sýnt að neðri mörk á helmingunartíma hennar eru hærri en Georgi og Glashow spáðu svo að SU(5) kenningin virðist ekki vera sú rétta. Betri sameining fæst með svonefndri ofursamhverfu þar sem sérhverri ögn er úthlutað ofursamhverfum félaga sem hefur alla sömu eiginleika nema ólíkan spuna.
Ef alsameiningin gengur eftir mun öll öreindafræði verða sett fram á nýjan hátt sem kenning um eina víxlverkun. Lokaskrefið verður þá að bæta við þyngdaraflinu svo að draumur Einsteins rætist að lokum. Sem stendur eru miklar vonir bundnar við strengjafræði sem sameiningarkenningu öreindafræðinnar eins og lesa má í svari Lárusar Thorlacius um strengjafræði.
Kristján Rúnar Kristjánsson. „Hvað er "samsviðskenningin" og hvað gengur hún nákvæmlega út á? “ Vísindavefurinn, 3. ágúst 2000. Sótt 25. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=723.
Kristján Rúnar Kristjánsson. (2000, 3. ágúst). Hvað er "samsviðskenningin" og hvað gengur hún nákvæmlega út á? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=723
Kristján Rúnar Kristjánsson. „Hvað er "samsviðskenningin" og hvað gengur hún nákvæmlega út á? “ Vísindavefurinn. 3. ágú. 2000. Vefsíða. 25. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=723>.
Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.
Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar
um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að
svara öllum spurningum.
Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að
svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki
nægileg deili á sér.
Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.
Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!
Sólin
Rís 05:19 • sest 21:35
Tunglið
Rís 25:18 • Sest 04:56
Flóð
Árdegis: 07:07 • Síðdegis: 19:24
Fjara
Árdegis: 01:08 • Síðdegis: 13:14
Engu að síður er þetta áhugaverð hugmynd því þetta þýðir að sá munur sem við sjáum á víxlverkununum þremur (sterku, veiku og rafsegulverkuninni) stafar í raun eingöngu af því að við erum neydd til að rannsaka þær við lága orku þar sem sameining þeirra er hulin.
Í viðtekna líkaninu (e. standard model) er víxlverkununum þremur lýst með kvarðakenningum þar sem til hverrar víxlverkunar svarar ákveðin samhverfugrúpa. Sterku víxlverkuninni milli kvarka er lýst með litkvarðagrúpunni SU(3) en rafveiku víxlverkuninni er lýst með SU(2)xU(1). Ein af hugmyndunum um sameiningu er sú að finna eina grúpu sem inniheldur krossfeldi hinna. Einfaldasta grúpan sem uppfyllir það skilyrði er SU(5). Georgi og Glashow hafa reiknað út að ef SU(5) er rétta samhverfan þá kemur í ljós að róteindin er óstöðug þó að helmingunartími hennar sé reyndar ógurlega langur eða 1032 ár (sem er 1020 sinnum lengri en aldur alheimsins).
Þó svo að þetta sé langur tími gefur þetta vísindamönnum tækifæri á að sannreyna kenninguna. Ekkert hefur enn bent til þess að róteindin sé óstöðug en nýlegar mælingar hafa sýnt að neðri mörk á helmingunartíma hennar eru hærri en Georgi og Glashow spáðu svo að SU(5) kenningin virðist ekki vera sú rétta. Betri sameining fæst með svonefndri ofursamhverfu þar sem sérhverri ögn er úthlutað ofursamhverfum félaga sem hefur alla sömu eiginleika nema ólíkan spuna.
Ef alsameiningin gengur eftir mun öll öreindafræði verða sett fram á nýjan hátt sem kenning um eina víxlverkun. Lokaskrefið verður þá að bæta við þyngdaraflinu svo að draumur Einsteins rætist að lokum. Sem stendur eru miklar vonir bundnar við strengjafræði sem sameiningarkenningu öreindafræðinnar eins og lesa má í svari Lárusar Thorlacius um strengjafræði.