实验未证实超对称性，物理学家正在寻找新的想法

在瑞士CERN实验室长达26公里的环形隧道“大强子对撞机”的实验中，高能质子发生了碰撞，在标准模型之外没有获得“新物理学”的暗示。1982年，年轻的莫斯科理论物理学家

米哈伊尔·希夫曼（Mikhail Shifman）惊讶于一种名为超对称性的新理论的优雅，该理论试图将已知的基本粒子包括在更全面的宇宙粒子目录中。

明尼苏达大学（University of Minnesota）现年63岁的希夫曼（Shifman）说：“我当时的工作充满热情。”几十年来，他和成千上万的其他物理学家相信实验会证实这一点，因此发展出了超对称假说。他说：“但是自然并不需要它。” “至少以一种简单的原始形式。”

由于世界上最大的对撞机无法根据该理论检测到必须存在的粒子，因此Shifman加入了研究人员的队伍，敦促他的同事改变方向。


米哈伊尔·希夫曼（Mikhail Shifman）

在2012年10月发表的一篇文章中，希夫曼敦促同事们放弃“开发牵强的，美学上没有吸引力的修饰”超对称性的方法，其目的是解释以下事实：测试无法证实该理论的更简单版本。他写道，现在是时候“开始思考并发展新思想”。

但是没有足够的工作材料。到目前为止，无论是在LHC实验中还是在其他地方，都没有出现标准模型之外的“新物理学”的提示（描述已知基本粒子的公认方程组）。 （最近发现的希格斯玻色子是由标准模型预测的）。最近在日本京都进行的质子碰撞测试排除了另一类超对称模型和其他“新物理学”理论，因为它们在衰变粒子中未发现任何异常。

希夫曼说：“当然，这令人失望。” “我们不是神；我们不是先知。”在实验数据中没有运动方向的暗示的情况下，人们如何猜测自然界中发生的事情？”

年轻的物理学家研究粒子面临一个艰难的选择：遵循他们的老师几十年来所走过的道路，发明更复杂的超对称形式，或者以自己的方式发展，而没有任何数据的指导。

“这是我们大多数人都还没有回答的难题，”法国欧塞大学巴黎南十一大学粒子物理专家亚当·法尔科夫斯基说。在关于日本试验的博客文章中，福尔科夫斯基开玩笑说，现在该寻找神经内科的工作了。

“这绝不令人鼓舞，”北伊利诺伊大学高能物理专家斯蒂芬·马丁说，他从事超对称研究，或简而言之就是SUSY。 -我当然不相信SUSY应该是正确的。我只是想不出更好的办法。”

超对称已经在粒子物理学中占主导地位数十年，并且排除了除SM之外的几乎所有替代物理理论。

哥伦比亚大学的粒子物理学和数学专家彼得·沃伊特说：“很难估量物理学家在过去20至30年中对SUSY的贡献，因此其失败将对我们地区产生重大影响。”

该理论之所以具有吸引力是因为三个原因。她预测存在可以组成“暗物质”的粒子，这是一种不可见的物质，会渗透到星系的外围。它结合了高能量下的三个基本相互作用。并且，最大的优点是它解决了一个物理难题，称为“量规层次问题”。

谜语与引力的不均衡和弱的核相互作用有关，后者为1亿万亿亿亿（10 ³²）的作用力更强，并且作用更小，从而控制原子核内部的相互作用。传递弱相互作用的W和Z玻色子的粒子从希格斯场接收能量，希格斯场是注入能量场的空间。但是尚不清楚为什么希格斯场的能量以及W和Z玻色子的质量如此之小。由于其他粒子与希格斯场有关，因此必须在量子涨落时将其能量注入其中。这将大大增加希格斯场的能量，使W和Z玻色子变得更大，并导致弱相互作用减弱到引力水平这一事实。



假设每个基本粒子都存在一个孪生超级伙伴，则超对称性解决了层次结构问题。根据该理论，组成物质的费米子具有转移相互作用的玻色子超级伙伴，而现有的玻色子具有费米子超级伙伴。由于粒子的类型及其超级伙伴是相反的，因此它们对希格斯场的能量贡献具有相反的符号-一个增大它，第二减小它。两人的贡献相互抵消，没有发生灾难。另外，一个未被发现的超级合作伙伴可以成为暗物质的一部分。

哥伦比亚大学的理论物理学家布莱恩·格林说：“超对称是美丽的，在物理学中，我们允许这种美和美学引导我们朝着真理可能的方向前进。”

随着时间的流逝，由于没有出现超级伙伴，所以超对称变得不那么漂亮了。根据流行的模型，为了避免检测，超级伙伴粒子必须比其对应粒子重得多，并且出现了弯曲的镜像，而不是对称的。物理学家提出了许多关于如何打破对称性的想法，并催生了数千种超对称形式。



但是打破超对称性是一个新问题。马丁解释说：“与现有的粒子相比，让超级伙伴变得更加困难，他们的行为被相互排斥的情况就越差。”

1980年代大多数粒子物理学专家认为，超级伙伴只会比已知粒子重一点。但是在费米实验室的加速器Tevatron上，现在已经停止工作了，没有发现这种加速器。虽然大型强子对撞机正在测试更高的能量而没有发现任何超对称粒子，但一些物理学家声称该理论已死。沃伊特说：“我认为大型强子对撞机是最后一根稻草。”

当前，大多数超对称的工作版本都预测超级伴侣非常沉重，以至于如果不对不同超级伴侣之间的影响进行微调的相互破坏，它们将击败轻型双胞胎的影响。但是，为抵消理论问题和解决等级问题而进行的微妙调整对许多人而言并不令人满意。希夫曼说：“这表明我们可能需要退后一步，思考一下SUSY发明的问题。”

一些理论家突然爆发，并指出，尽管原始理论很美，但在自然界中可能存在超级伙伴粒子和微调液滴的丑陋组合。罗格斯大学（Rutgers University）的粒子物理学家马特·斯特拉斯勒（Matt Strassler）说：“我认为专注于流行的超对称形式将是一个错误。” “人气竞赛是不可靠的真理指标。”


亚当·福尔科夫斯基（Adam Falkovsky）

在不太流行的SUSY模型中，最轻巧的超级搭档只是看着LHC。在其他模型中，超级伙伴并不比现有粒子重，但稳定性较差，因此更难检测。升级后，这些理论将继续在LHC上进行测试。

如果他们没有发现任何新事物-并且他们谈论诸如“噩梦般的场景”之类的事件发展-物理学家仍然存在着相同的鸿沟，使它们与三十年前的整个宇宙相混淆，直到超对称将它们完美地封闭为止。Falkovsky说，在没有更高能量对撞机的情况下，该区域将缓慢退化。“粒子物理学中的工作数量将减少，粒子物理学家将自然死亡。”

绿色更乐观。他说：“科学是一种自我调节的事件。” “错误的想法会随着时间的流逝而连根拔起，因为它们是荒芜的，或者是因为它们导致死胡同。” 而这发生在该区域内。人们继续致力于使他们着迷的事物，而科学正逼近事实。”

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN397363/