[rene]

Das Proton ist aufgrund seiner Baryonenerhaltungszahl stabil. Das SM beschreibt sehr erfolgreich drei der vier bekannten Wechselwirkungen. Darüber hinaus möchte man diese drei als verschiedene Manifestationen einer einzigen vereinheitlichten Wechselwirkung verstehen und dabei die Ladungsquantisierung, die Anzahl der Generationen und die geringen Neutrinomassen erklären. Um zu einer GUT (Grosse Vereinigungstheorie) zu gelangen, versucht man, eine Theorie zu konstruieren, die das SM im Grenzfall kleiner Energien enthält. Die einfachste Theorie beruht auf der Eichgruppe SU(5). Hier finden die Teilchen einer Familie in zwei Multipletts und die Eichbosonen in der adjungierten Darstellung der Gruppe Platz. Notwendig ist jedoch, Transformationen zwischen Teilchen und Antiteilchen sowie zwischen Leptonen und Quarks zuzulassen, vermittelt durch die neuen Eichbosonen X und Y, deren identische Massen weit oberhalb der elektroschwachen Skala liegen. Dabei bleibt weder die Baryonen- noch die Leptonenzahl erhalten, was zu Protonenzerfällen führt; der dominante Zerfall in ein Positron und ein neutrales Pion habe ich bereits beschrieben, wobei die Kombination B-L, wie bei allen Protonenzerfällen in SU(5) unverändert bleibt.

Um das SM als effektive Niederenergienäherung zu bekommen, muss eine Symmetriebrechung eingeführt werden; dabei werden die neuen Eichbosonen massiv, während alle SM-Teilchen masselos bleiben. Bei der zweiten Brechung bei M_z ergeben sich zwei Yukawakopplungen, die den Fermionen Masse verleihen, aber wiederum einen Protonenzerfall ermöglichen.

Führt man zusätzlich Supersymmetrie ein, lassen sich die quadratisch divergenten Strahlungskorrekturen zur Higgsmasse beseitigen (auch als Hierarchieproblem bekannt) und im Gegensatz zur SU(5) die Kopplungskonstanten in einer SUSY-SU(5)-Theorie vereinigen. Da die Vereinigungsskala um eine Ordnung grösser ist, erhalten die X-Bosonen eine höhere Masse, und die Lebensdauer des Protons steigt über die experimentelle Schranke von 1e35a. Andererseits treten neue Wechselwirkungen zwischen den Fermionen und ihren supersymmetrischen Partnern, den Sfermionen auf. Die meisten von ihnen sind allerdings verboten, wenn man eine zusätzliche Symmetrie, die R-Parität, einführt. Es verbleiben zwei Terme, die zum Protonenzerfall führen und damit die Lebensdauer des Protons wieder verkürzen. Da die neuen Operatoren bosonisch sind, erzwingt die totale Farbantisymmetrie beim Zerfall zwei Generationen, so dass nun der Prozess
p -> K+ v dominant ist. Die theoretischen Voraussagen für den Zerfall hängen von den Eigenschaften der Neutrinos ab, die im SM als masselos angenommen werden. Allerdings legen experimentelle Befunde eine geringe, aber nichtverschwindende Masse nahe ohne eine eindeutige Massenmatrix zu erhalten.

Grüsse, rene