🚜 🎍 💃🏾 现代物理学最大的未解决问题：为什么引力这么弱？ 🧛🏾 😀 🧙🏽

不久之前，我们的“基本粒子和相互作用的标准模型”就如人们所希望的那样变得完整。所有可能的形式的基本粒子都是在实验室中创建，测量并确定的。持有时间最长的夸克，反夸克，tau中微子和反中微子，最后是希格斯玻色子，成为我们可能性的牺牲品。

最后一个希格斯玻色子也解决了旧的物理学问题：最后，我们可以证明基本粒子的来源！

一切都很酷，但是当这个难题的解决方案结束时，科学并没有结束。相反，它提出了重要的问题，其中之一是“下一步是什么？”。至于标准模型，我们可以说我们还是一无所知。对于大多数物理学家来说，其中一个问题特别重要-要对其进行描述，首先让我们考虑标准模型的以下属性。

一方面，弱，电磁和强相互作用可能非常重要，这取决于它们的能量和发生相互作用的距离。但是引力不是那样。

如果您突然读了作者莉萨·兰德尔（Lisa Randall）的这本美丽的书，她就写了很多关于这个谜语的文章，我将其称为理论物理学中最大的未解决问题：等级问题。我们可以获取任意两个基本粒子-任何质量，并进行任何相互作用-并发现重力比宇宙中任何其他力弱40个数量级。这意味着重力为10 ⁴⁰

比剩下的三支力量弱十倍。例如，尽管它们不是基本的，但是如果您将两个质子分开并携带一米，它们之间的电磁排斥力将比重力吸引强10至⁴⁰倍。换句话说，我们需要将重力增加10,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000倍，以使其与其他任何力进行比较。

而且，不能简单地将质子质量增加10 ²⁰倍，以至于重力将它们拉在一起，克服了电磁力。

相反，为了使上述反应自发发生，当质子克服其电磁排斥力时，您需要将10 ⁵⁶放在一起。质子只有靠在一起并屈服于重力，它们才能克服电磁力。事实证明，10 ^56个质子将构成恒星的最小可能质量。

这是对宇宙如何工作的描述-但为什么如此，我们不知道。为什么引力比其他相互作用那么弱？为什么“重力电荷”（即质量）如此弱于电或颜色，甚至弱？

这就是层次结构问题所在，并且由于许多原因，它是物理学中尚未解决的最大问题。答案对我们来说是未知的，但是我们不能说我们是完全无知的。从理论上讲，我们有一些关于找到解决方案的好主意，以及寻找其正确性证据的工具。

到目前为止，大型强子对撞机（对撞机中能量最高）已在实验室达到前所未有的能量水平，收集了大量数据并重新创建了碰撞点正在发生的事情。这包括创建迄今为止从未见过的新粒子（例如希格斯玻色子）以及标准模型（夸克，轻子，规格玻色子）的旧的，著名的粒子的外观。此外，如果存在，它还可以产生标准模型中未包含的任何其他粒子。

我知道有四种可能的方法（即四个好主意）来解决层次结构问题。好消息是，如果自然界选择了其中之一，那么大型强子对撞机就会找到它！（如果没有，搜索将继续）。

除了几年前发现的希格斯玻色子外，在大型强子对撞机上没有发现新的基本粒子。（此外，根本没有吸引人的新粒子候选者）。但是，发现的粒子与标准模型的描述完全一致；没有发现新物理学具有统计学意义的暗示。既没有复合的希格斯玻色子，也没有多个希格斯粒子，也没有非标准的衰变，这些都不是。

但是现在我们开始从甚至更高的能量（高达13-14 TeV）接收更高能量的数据来寻找其他东西。从这个角度来看，什么是可能的和合理的解决等级问题的方法？

1）超对称或SUSY。超对称是一种特殊的对称，能够使任何足够大的粒子正常质量，从而使重力可与其他影响相提并论，从而相互抵消，并且准确性很高。这种对称性还假设标准模型中的每个粒子都有一个伙伴超粒子，并且有五个希格斯粒子及其五个超级伙伴。如果存在这样的对称性，则必须将其破坏，否则超级伙伴将具有与普通粒子相同的质量，并且早就可以找到它们。

如果SUSY存在于适合解决层次问题的规模上，则LHC的能量达到14 TeV，必须找到至少一个超级伙伴以及第二个希格斯粒子。否则，非常繁重的超级合作伙伴的存在本身将导致另一个没有很好解决方案的层次结构问题。（有趣的是，在所有能量下都不存在SUSY粒子将驳斥弦理论，因为超对称性是包含基本粒子标准模型的弦理论的必要条件）。

这是层次结构问题的第一种可能的解决方案，目前尚无证据。

2）Technicvet（彩色）。不，这不是1950年代的彩色电影系统，它是理论上的物理术语，需要新的量具相互作用，或者缺少希格斯粒子，或者具有不稳定或不可观察（即复合）的希格斯粒子。如果确定了技术色彩，他还需要一套新的有趣的布景。观察到的粒子。原则上，该系统可以解决我们的问题，但是最近发现在所需能级的自旋零粒子似乎反驳了这种可能的解决方案。现在，如果这个希格斯粒子不是基本粒子，而是由几个基本粒子组成的复合粒子，则这将有助于理论保持可接受的解决方案。将来以13-14 TeV的能量进行的LHC测试就足以确定。

还有两种可能性，其中一种更有希望，但它们都包括其他方面。

3）折叠了其他测量值。前面提到的Lisa Randall和Raman Sundrum提出的这一理论假定，引力实际上与其他影响一样强，但是在具有三个空间维度的宇宙中却没有。她生活在另一个具有三个空间维度的宇宙中，在第四空间维度（或者，如上图所示，在第五维度，打开时间）中，相对于我们的空间仅偏移了10 ^-31米。这个理论很有趣，因为这样的系统将是稳定的，并且可以解释为什么宇宙在一开始就如此迅速地膨胀（并且space缩的时空具有这种能力），因此，它具有强大的优势。

它还应包括其他一组粒子；不是超对称的，而是Kaluza-Klein粒子，这是存在附加测量值的结果。顺便说一下，在空间实验中，获得了暗示，能量为600 GeV或质量为希格斯的5倍的Kaluza-Klein粒子的存在。并且，尽管在当前的对撞机上尚未实现这种能量，但如果存在，新的大型强子对撞机将必须能够大量产生此类粒子。

但是这种新粒子的存在并不能得到保证，因为与预期的背景相比，接收到的信号只是所观察到的电子的过量。但是必须牢记这一点，因为当LHC加速至最大能量时，几乎所有重于1000 GeV以下的粒子都必须处于其触及范围之内。

最后...

4）较大的附加尺寸。附加的测量值可能不会塌陷，而是较大的，但仅与塌陷（大小为10 ^-31 m）相比较大。“大”测量值应为毫米，因此，新的颗粒应开始出现在LHC的范围内。同样，也可能出现Kaluza-Klein粒子，这可能是解决等级问题的可能方法。

但是，此模型的一个结果是，重力将在小于一毫米的距离处与牛顿强烈偏离，这很难进行测试。但是，现代实验者已经准备好接受挑战。

可以创建充满压电晶体（变形时会产生电）的微小过冷支架，它们之间的距离约为微米。这项技术使我们可以对“大”尺寸施加5-10微米的限制。换句话说，重力是根据广义相对论的预测在小于毫米的尺度上工作的。因此，如果存在较大的附加尺寸，则它们处于LHC无法获得的能量水平，更重要的是，它们无法解决层次结构问题。

当然，对于分层问题可以找到完全不同的解决方案。在现代对撞机上找不到的，或者根本没有解决方案；它可能只是自然的一种性质，对此没有任何解释。但是科学要努力就不会前进，而这正是这些思想和探索正在试图做的事情：将我们对宇宙的知识向前推进。而且，与往常一样，随着大型强子对撞机的第二次发射，我期待在那里会出现什么，除了已经开放的希格斯玻色子！

现代物理学最大的未解决问题：为什么引力这么弱？

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