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초중력이론

다른 표기 언어 supergravity theory , 超重力理論

요약 초대칭성을 갖도록 보통의 중력이론을 확장시킨 이론.

중력은 아인슈타인의 일반상대성이론에 의해 기술되며, 양자장론에 의하면 스핀이 2인 중력자(gravition)에 의해 힘이 매개되는 것으로 표현된다. 이 이론을 초대칭적으로 확장하면 스핀이 3/2인 중력미자(gravitino)의 도입이 필요하다. 초중력이론은 보손인 중력자와 페르미온인 중력미자 사이에 초대칭이 성립되도록 확장한 이론이다. 이것은 초대칭의 특이한 성질로부터 일찍이 예견된 것인데, 1976년경 이 이론이 가능하다는 사실이 밝혀졌다. 초대칭변환을 2번 행하면 그것은 시공간의 병진변환과 관계 있는데, 이 대칭성을 모든 점에서 요구하면 국소화된 초대칭이론이 된다.

이 이론은 초대칭의 성질에 의해 자연히 중력을 포함하는 이론으로 확장되어 초중력이론과 같아진다. 이 이론이 발견된 후에 많은 물리학자가 보통의 물질계를 기술하는 게이지장(gauge field)과의 결합을 연구했으며 많은 성공을 거두었다. 자연을 기술하는 전자기 상호작용, 강한 상호작용과 약한 상호작용의 게이지장을 이 이론에 도입함으로써, 중력을 포함하는 자연계의 4가지 힘을 모두 기술하는 이론으로 확장하려고 시도하고 있다.

먼저 올바른 게이지장을 포함하기 위해 충분히 큰 게이지군(gauge group)을 얻는 것이 필요한데, 이것은 1920년 Th. 칼루자와 O. 클라인이 독립적으로 발견한 5차원에서의 중력이론을 4차원으로 환원할 때, 나머지 1차원의 자유도가 전자기장을 표현할 수 있다는 이론에서 이것의 가능성을 찾을 수 있다. 즉 고차원에서의 초중력이론을 4차원으로 환원할 때, 나머지 차원의 자유도로써, 새로운 큰 게이지군을 얻을 수 있다. 현재 가장 중요한 것으로 생각되는 것은 10차원의 초중력이론이며, 이것은 초끈이론에서 자연히 만들어지는 이론과도 같다.

보통 중력은 재규격화가 불가능하여 양자중력이론을 만들기 어려우나, 초중력이론은 초대칭에 의해 많은 발산값들이 서로 상쇄되어 재규격화가 가능한 이론으로 여겨지고 있다. 아직 실험적으로 여러 문제가 많으나, 미래에 모든 힘을 통합하는 이론으로서, 새로운 연구가 기대되고 있다.

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