什么是超对称?

比子弹还快!比火车头还强大!能一跃跳过高楼!为什么，这当然是超对称。(SUSY，如果你更喜欢它更可爱、更隐秘的个性的话。)在宇宙中我们拥有的所有超级英雄中，超对称可能是将我们从彻底毁灭中拯救出来的一个。不是因为它能打败坏人或智胜坏人，而是因为它可能解释了宇宙中最微小、最基本的部分是如何运作的。18新利最新登入打开宇宙，谁知道我们能抵御什么。

谁是我们聪明的英雄?我们的肌肉女主角?它更像胆小的彼得·帕克，而不是文雅的蜘蛛侠。实际上，物理学家们开始担心，这是一个用来填补另一个框架漏洞的原理，它并不像看起来那么强大。超对称可能终于遇到了对手大型强子对撞机是它可能做最后一口气的竞技场。

首先，退一步说。标准模型是今天物理学家用来理解宇宙基本原理的东西。它定义了基本粒子，以及与粒子相互作用以保持宇宙运行的四种力。这些粒子包括夸克和轻子:你可能熟悉夸克家族中的质子和中子，以及轻子中的电子和中微子。这些力有强的、弱的、电磁的和引力的。

标准模型还说，每一个力都有一个相应的粒子(或玻色子)。通过相互交换玻色子，物质可以在彼此之间传递能量[来源:欧洲核子研究中心］．这里有一些非常方便的东西:标准模型中的每个粒子都被发现了，包括——不久前——粒子希格斯玻色子．希格斯粒子构成了一个更大的希格斯场，它将质量传递给粒子。

现在有一件奇怪的事情。如果标准模型是正确的，那就意味着希格斯场赋予了亚原子粒子质量。但它并没有说质量是多少，也没有解释为什么希格斯玻色子会很轻——如果其他标准模型粒子像预测的那样与它相互作用，它应该会非常非常重。

这就是超对称的用武之地。费米实验室的工作人员提醒我们，超对称是一种原理，而不是一种理论，所以这意味着有很多超对称理论在不同的点上各不相同。然而，所有这些都以超对称方程为特征，将物质和力视为相同的[来源:费米实验室］．是的，物质和力可以交换。

18新利最新登入这种平衡是如何实现的呢?超对称说的是，标准模型中描述的每个粒子都有一个质量不同的超级伙伴。所以每一个已知的物质粒子(或费米子)有一个力粒子(或玻色子)，反之亦然。电子是费米子的一个例子，而光子是玻色子的一个例子。超伴粒子最有用的特性之一是，它们实际上可以抵消标准模型预测的希格斯粒子的巨大质量。这听起来很棒，因为我们发现了希格斯粒子，而且它的质量并不大。超对称是活的!超对称万岁!

嗯，但你可能想等一等，因为这里有一个关于超对称和超伙伴的大问题:我们还没有看到它们。虽然在质量超对称预言中发现希格斯粒子很棒，但我们也应该看到所有这些超伙伴粒子。在运行大型强子对撞机多年之后，我们没有。

是啊，是啊，要证明坚持超对称性是有点难。我们假设所有这些超级伴侣都存在，因为如果它们存在，标准模型就更有意义了。听起来很糟糕，对吧?

嗯，没那么快。超对称不仅能回答希格斯玻色子的问题，而且能够用一种方法解决多个问题对科学家来说很有吸引力[来源:费米实验室］．例如，物理学家不明白为什么星系旋转得这么快，因为它们有巨大的质量，所以他们假设了一种新的物质暗物质——解决问题。然后他们遇到了一个更大的问题:如果暗物质存在，那么它是由什么组成的?我们从未见过它，所以我们无法说出是什么组成了这种神秘的物质。超对称解决了这个问题，因为最轻的超对称粒子完全符合暗物质的要求。

超对称能带来的另一个好处?我们在亚原子尺度上所理解的三种力(强、弱和电磁力)可以被理解为一种统一力的一部分。虽然标准模型说这些力在非常高的能量下变得相似，但超对称性将预测这三种力在单一能量[来源:费米实验室］．现在，这并不一定是“有意义的”，但是——正如我们所说的——物理学家喜欢自然的、优雅的解决方案。当涉及到统一力的问题时，超对称性将创造出物理学家渴望的那种解决方案。

然而，我们必须再次提醒，如果我们找不到这些超级伙伴，这一切都是徒劳的。如果我们找不到它们，我们就无法解释希格斯玻色子质量、暗物质或力的统一。但我们还没给它反抗的机会就宣布了超对称的死亡时间。

因为希望可能正在路上，以一场巨大的质子爆炸的形式。没错，我们的希望仍然寄托在大型强子对撞机上，这台粒子加速器在2012年发现了希格斯玻色子的证据。对于超对称理论的支持者和物理学家来说，找到希格斯粒子无疑是一件大事，但他们真正希望的是找到一堆粒子。更具体地说，是一堆难以捉摸的超级伙伴，它们会让我们明白超对称是现实的。

毫不夸张地说，在大型强子对撞机中只找到希格斯粒子(而不是其他任何超级伙伴)已经在物理界造成了一些危机。毕竟，要让希格斯粒子的质量有意义，超级伙伴应该在大致相同的位置被发现[来源:Wolchover］．大型强子对撞机将在2015年再次启动，撞击能量更高的质子，希望能找到质量更高的超级伴侣。不幸的是，这并不能完全解决问题:即使他们真的找到了质量重的超级伙伴，超对称的便利效应——它将抵消希格斯粒子的超重质量——也不会很好地发挥作用[来源:Wolchover]。所以我们又一次陷入了超对称的窠臼。

但正如人们所注意到的，超对称是一种原理，而不是理论。在一些超对称的情况下，由于实验的限制，大型强子对撞机无法发现超伙伴，而且它们无法探测不稳定的粒子[来源:Wolchover]。所以，虽然超对称可能需要气喘吁吁地跑进房间，并为迟到找一个很好的借口，但现在还不是关门的时候。