如果在大街上，您问一个随机的人：“如何寻找超对称性？” 那么他很可能会迅速改变立场。 但是，如果您在管理大型强子对撞机的欧洲核子研究中心（CERN）的街道上问这个问题，您很可能会得到类似的信息：“寻找与喷气机相撞的意外次数和能量损失。”
这样的答案可能已经使您迅速越过街道的另一边。 但是他不是那么莫名其妙，他只需要翻译。 这意味着：
有必要寻找质子与质子发生意外的大量碰撞，其中有（a）夸克，反夸克或胶子（质子和其他强子内部的粒子）产生的信号，这些碰撞是由高能碰撞产生的，就像是从大炮（并产生粒子） （称为“ 喷射流 ”），以及（b）不确定的粒子，看不见地飞走，并带走了大量的动量和能量。
本文的目的是向您解释人们为什么会给出类似的答案，以及它的优点和缺点是什么。
初步资料
您需要阅读有关什么是超对称及其预测的含义的文章。 简而言之：对于我们自然界中已知的用于超对称的每种类型的粒子，还需要一个或两个额外的粒子，物理学家通常称其为具有相似特性但在一个方面有所不同的超伙伴：
如果我们已经知道的粒子是一个玻色子，那么它的超级伙伴将是一个费米子，反之亦然（在
本文中，您可以了解什么是玻色子和费米子）。
为了避免与已经获得的数据相矛盾，应该以一种狡猾的方式隐藏超对称性，因为超对称性会导致粒子与其超级伙伴之间出现第二个差异：
超级伙伴的质量大于我们已经知道的粒子的质量。在超对称的最流行版本中，我们所知道的每个粒子的超级伙伴都足够沉重，几乎无法超出先前实验的能力，但同时又在LHC的能力之内。
图 1：通过超对称预测出已知的希格斯粒子以及它们的超级伙伴（ sleptons ，sneytrino， squark ，gluino， chargeino和neutralino ）。 顶部的颗粒较重。许多物理学家认为超级伙伴可能在LHC的能力之内的原因是，他们相信超对称性可以解决所谓
的量表层次问题 。 如果超级合作伙伴要难得多，那么就必须在其他地方寻求解决层次结构问题的方法。
假设物理学家是对的-那么为什么我们需要寻找导致许多喷射流出现的碰撞（高能夸克/反夸克/胶子的迹象）和大量缺少的能量（看不见的粒子的迹象）？
答案是“喷射和缺少的能量”从何而来？
首先让我告诉您物理学家的想法，然后再告诉您所有信息的来源。
他们的想法如下：
图 2：两个质子（透视图）相互冲撞，近质子内部的上夸克很快就会在碰撞点与远质子内部的上夸克发生碰撞由于质子由夸克，反夸克和胶子组成，它们之间会发生强烈的核相互作用，因此在与大型强子对撞机发生质子碰撞时，最容易从所有超级伙伴（夸克，反夸克和胶粘剂）中获得超级伙伴。 例如，（在图2和3中）在质子碰撞中，两个上夸克会发生碰撞并形成两个上夸克。
图 3：上夸克与无花果碰撞。 2产生一对上壁夸克，每个上壁夸克几乎立即衰减成上夸克和中性（光子的超级伙伴，Z和希格斯粒子的混合物）。接下来会发生什么？ 像大多数粒子一样，这架望远镜会衰减。 干嘛 在许多超对称形式中，夸克将分解为一个夸克和另一个超级伙伴中性子（neuronino）（光子超级伙伴，Z和希格斯粒子的混合物）。 夸克携带大量能量并变成喷射流，中性粒子无痕地飞过检测器。 因此，我们应该看到两个高能喷射器，每个夸克喷射一个，并有迹象表明它们正在从看不见且未被发现的物体上反弹。
图 4：每个高能夸克都带有无花果。 3将变成强子流，而中性则保持不变碰撞本身以及随后出现的腐蚀现象如图1所示。 3.从碰撞点飞出的喷气机和中性风如图3所示。 图4显示了探测器真正看到的东西-科学家收到的唯一信息。 5，
图中可见明显的不平衡。 在图5中，由于不幸的历史原因和简短起见，大多数物质在右侧和右侧流动，而在左侧和右侧则没有任何流动，这被称为“缺少能量”。 实际上，这是“在垂直于碰撞光线的方向上缺少的冲动”-这个词很长，部分解释了对简洁的渴望。
图 5：大型强子对撞机（ATLAS或CMS）上的探测器将探测到图2中的两个射流。 图4以局部电子信号的形式出现，当粒子通过跟踪设备并停在能量检测器中时出现。 两个中性人没有留下任何痕迹，只有通过喷气机反射的任何东西才能判断它们的存在。如果改为出现胶粘剂对，则情况将略有不同。 通常，两个胶粘剂中的每一个都将衰减为夸克，反夸克和中性液，因此检测器将再次看到喷射流（在这种情况下为四个），以及两个中性液化剂的“缺失能量”。
这是一张图片，物理学家在回答您关于寻找超对称性的问题时就会想到。 要了解其来源，有必要研究基本假设。
响应背后的假设是“喷射和能量损失”
我们现在将进行此逻辑之旅-如图所示。 6.在我们的旅行结束后，您将可以在某种程度上判断您对最初问题的回答的优缺点。
逻辑中包含三个基本假设。
假设1 ：我们假设自然界中还存在超对称性本身不需要的其他原理，根据该原理，在任何物理过程中，超级伙伴的数量可以改变偶数（其技术名称是
R奇偶性的
守恒 ；我之所以没有告知，是因为他的名字很重要，但因为您可以在其他地方认识他。
为什么理论家强加这样的标准？ 在没有假设1的情况下，超对称性将预测物质粒子之间是否存在新的相互作用，并且通常会导致质子迅速衰减。 这与数据冲突。 质子是非常稳定的（幸运的是，即使质子的衰减速度很慢也会杀死我们，融化地球等）。 您可以将一个装有10万亿亿亿质子的储罐装上，等待十年，而又找不到一个腐烂的质子（是的，人们试图这样做！为此，您需要18万吨的水）。 因此，如果没有1超对称性的假设，我们将死定。
但是，如果假设1是正确的-R奇偶性被保留，则这些新的交互将被禁止。 超对称性加上R奇偶性守恒可预测一个非常长寿的质子，它对应于（在有利的情况下）数据。
请注意，保留R奇偶性的要求不是强制性的，因为它需要超对称性或基于某些理论原理。 添加它是因为要符合数据要求。 从理论上讲，这也是一个完全合理的要求。
假设2 ：在自然界中的所有超级伙伴中，希格斯粒子的伙伴将是最轻的，因此这是图1中的超级伙伴之一。 1：胶粘剂，小腿，带电的瘦素，中微子，电荷或中性。
这个假设值得商bat。 首先，如果超对称性成立，那么引力子（引力的载体）也必须有一个超级伙伴，引力子-其在图1中。 1号 gravitino有多重？ 我们不知道。 在某些超对称形式中，它的重量与图1中最重的超级伙伴一样重。 1，夸克和胶。 在其他版本中，它要轻得多，甚至可能比电子还轻！ 这将违反假设2。
或者在自然界中，可能存在质量很小的粒子，我们尚不知道，因为它们很难创建或检测到，这些粒子不受图3中的任何三种力的影响。 1，电磁，弱或强核相互作用。 这种颗粒通常被称为“隐藏的”，这是由于尽管重量很轻但仍难以获得。 （如果我们谈论的是几种类型的隐藏粒子，它们通常被称为“隐藏扇区”）。 如果超对称性是正确的，那么这些粒子也具有超伴侣-如超对称性文章中所述，超对称性是空间和时间的对称性，因此在空间和时间中移动的任何类型的粒子都必须具有超伙伴。 如果这些超级伙伴中的任何一个比图中最轻的超级伙伴轻。 1，则假设2为假。
实验数据不需要假设2。 关于隐藏粒子的最好的理论论据表明，自然可能是简单而优雅的，并且由于隐藏粒子是多余的垃圾，它们存在的可能性很低（该论据是否能使您信服是一个问题）。 反对轻质引力引力的最佳论据是，稳定的引力引力在大爆炸期间可能引起许多不同的问题。 赞成假设2的另一个论点是，最轻的超级伙伴可以扮演宇宙暗物质的角色，但是为了理解它，我们必须首先了解它的一些其他后果，因此我们将不讨论它。
假设3 ：受强核相互作用影响的超级伙伴（壁虎，反夸克，胶粘剂）最重，比其他超级伙伴重，尽管不那么重以至于不经常出现在大型强子对撞机上。
该假设比其他两个假设更加不稳定-您是什么意思“沉重”和“经常”？ 但是，除了深入研究这些考虑因素之外，我只是简单地说，在超对称的许多版本中，这都是事实。 理论计算表明，在许多不同的情况下，这些受到强烈核相互作用影响的超级伙伴比其他大多数伙伴都难。 但这并非总是如此。
图 6：一条逻辑链，引导物理学家通过碰撞搜索来寻找超对称性，其结果类似于图5。 5. SP-超级伙伴，LSP-最轻的超级伙伴。从这些假设中得出什么？ 一些非常重要的后果； 要跟踪链，请使用图。 6。
假设1具有三个主要后果：
- 如果您开始时没有超级伙伴（在两个质子发生碰撞的情况下发生），并且在碰撞后得到它们，那么应该至少出现两个。 您不能从零开始建立一个超级合作伙伴。
- 如果您有一个超级伙伴并且分手了，那么分手的结果中应该至少有一个超级伙伴（也许是三五个，但几乎总是一个）。 您不能从一个超级伙伴开始就获得零。
- 最轻的超级伙伴无法衰减-它是一个稳定的粒子-由于粒子只能衰减为质量较小的粒子，因此，如果最轻的超级伙伴衰减，则意味着一个超级伙伴将变为零个超级伙伴。
太神奇了！ 从R奇偶性的超对称性和守恒性出发，它遵循了一个至今未知的稳定粒子-最轻的超级伙伴（LSP）的存在。 这样的粒子可以具有什么性质？
假设电磁或强核相互作用作用于此粒子。 然后（i）在宇宙大爆炸早期的宇宙中，将出现许多这样的粒子； （ii）它们会影响大爆炸期间锂等各种元素的丰度，从而使这种丰度与当今的观察结果不一致； （iii）它们仍然会绕着宇宙飞行，其中一些会与地球相撞，制造出奇异的原子，而这些奇异的原子早就被彻底的寻找新的不寻常原子发现了。 尽管这值得进行更长时间的讨论，但主要结论是，任何新的稳定粒子都不应暴露于电磁和强核相互作用下。
好吧，考虑到这一点，可以从假设2得出？ 最轻的超级伙伴可以是中微子之一或中性子之一。 已知粒子的所有其他超级伙伴（壁虎，slepton，chargeino和gluino）都暴露于电磁或强核相互作用下。 由于技术原因，大多数（但不是全部）粒子物理学专家都喜欢中性分子作为最轻的超级伙伴的模型。 它可能是暗物质粒子的绝佳候选者-这是支持假设2的论点。但是，即使中微子被证明是最轻的，支持中子和缺少能量的论点仍然几乎相同，只是有一些微小的变化。
最后，假设3表明，南瓜和胶粘糖很容易，而且相对较重。 这意味着它们以相对较高的能量爆炸。 夸克和中性粒子衰减到的能量和动量很大。 产生的射流将携带高能量，而损失的能量将很大。
因此，我希望您能理解图3、4和5中的思想。如果超对称性成立，那么从逻辑上讲，我们将得到大量的夸克和胶粘剂。 它们会变成高能夸克和中性粒子。 夸克将以易于检测的高能射流的形式表现出来，而由于射流动量的不平衡，我们将不会检测到中性白蛋白的存在。
好吧，我们来看看，找到与否。 接下来是什么？
因此，如果我们看到大量与高能射流和缺少能量的射流相撞，那就太酷了。 也许我们发现了超对称性。 但是，警告：其他类型的新现象也可能造成类似的事件-可能需要数年时间，在我们开始确信自己已经发现超对称性或发现某些东西之前，需要做大量工作乍一看看起来像超对称的新事物。 只是我们会看到类似大米的东西。 图5并不意味着我们已经收到了图5所示的内容。 3！
但是，如果我们没有看到过多的此类事件，这是否意味着超对称性绝对不是自然的属性？ 在根据对实验结果的解释得出关于宇宙的如此深远的存在性结论之前，我们应该问自己三个列出的假设（或者我在这里没有给出的几个不太重要的假设）可能出了什么问题。 我已经告诉过您一些可能出问题的信息，尽管我不会对此进行讨论，但是您自己可以看到，如果我们没有找到此类事件，那么我们可以从中得出结论：
- 超对称不是自然的属性，
- 或超对称性是自然的一种性质，但三个假设之一是有问题的。