物理學有一個最終目標：找到一些相關的基礎理論，然后結合在一起形成一個萬物理論。到目前為止，我們最接近萬物理論的是粒子物理學的標準模型，這個理論背后的方程式是我們在物理學中所擁有的最準確的方程式。但是，還有很多東西是理論無法解釋，比如暗物質(zhì)、暗能量和引力的量子理論。
有一個理論思想，許多人它認為可以讓我們更接近萬物理論，并可以填補標準模型的幾個空白。這個理論被稱為超對稱，它是物質(zhì)粒子和攜帶力的粒子通過一種新的對稱性連接的想法。盡管沒有實驗證實這種對稱性，但它仍然很重要，因為在物理學中，對稱性可以被打破，超對稱性被打破仍然可以解釋很多事情。
如果超對稱性是真的，它可以解決我們目前對宇宙理解中的幾個問題。例如，它可以解釋希格斯玻色子的質(zhì)量為什么那么小，它可以將三種基本力結合起來：電磁力、強力和弱力，它可以為難以捉摸的暗物質(zhì)粒子提供完美的候選者。那么，到底什么是超對稱呢？為什么對稱性在我們尋找萬物理論的過程中很重要？
超對稱
超對稱（SUSY）是標準模型中物質(zhì)粒子（費米子）和力粒子（玻色子）之間的對稱性，這兩種粒子之間的主要區(qū)別是自旋。標準模型中費米子的自旋為 1/2，而標準模型中所有玻色子的自旋為 0 或 1。費米子遵循的規(guī)則是，它們不能在同一時間以相同的自旋處于同一位置，這就是泡利不相容原理。但這個規(guī)則不適用于玻色子，因為許多相同的玻色子可以出現(xiàn)在同一位置。
如果你看一些標準模型，你會發(fā)現(xiàn)物質(zhì)粒子比攜帶力的粒子多得多，宇宙是否偏愛物質(zhì)而不是允許相互作用的力？由于標準模型充滿了對稱性，對許多物理學家來說，似乎費米子和玻色子之間的基本對稱性也應該存在。所以他們用超對稱來描述物質(zhì)和力之間的對稱性。
超對稱理論雖然有許多不同的版本，但其基本概念都一樣：每個粒子都有一個鏡像粒子或超對稱對應粒子。每個鏡像粒子都是相反類型的，例如費米子的鏡像粒子都是玻色子，同樣玻色子的鏡像粒子都是費米子。通過超對稱的這個簡單概念，我們可以為標準模型帶來平衡，這樣我們就有了與相同數(shù)量的玻色子和費米子費米子。
你可能會問這一切的意義是什么？玻色子和費米子的數(shù)量相等真的很重要嗎？我們真的需要這樣的對稱性嗎？簡單的回答是，如果它是正確的，它將幫助我們更好地理解宇宙。
超對稱好處
早在 80 年代，物理學家就已經(jīng)開始注意到標準模型的一些問題。一般來說，超對稱將解決三個問題：一是它可以解決希格斯玻色子的低質(zhì)量問題，二是它可以統(tǒng)一三個基本力 —— 電磁力、強力和弱力，三是它提供了暗物質(zhì)的解決方案。
第一個問題簡單來說就是希格斯玻色子的質(zhì)量看起來不自然。希格斯粒子的質(zhì)量為 125GeV，從理論上講，這似乎不太可能。為什么呢？這與量子校正如何影響希格斯玻色子的質(zhì)量有關。我們可以寫出希格斯玻色子的質(zhì)量，如下圖所示。m_measure 是一個測量質(zhì)量，這是我們可以在實驗中測量的。m_corrections 是根據(jù)標準模型的方程計算的質(zhì)量校正。m_0 是一個調(diào)諧參數(shù)，稱為裸質(zhì)量，標準模型沒有告訴我們這個裸質(zhì)量應該是多少。
我們從大型強子對撞機的實驗中得到 m_measure，問題是當我們使用標準模型的方程計算 m_corrections 時，結果卻比測量到的質(zhì)量大好幾個數(shù)量級�；诖�，m_0 需要與 m_corrections 在數(shù)值上相等，但符號相反。換句話說，m_0 參數(shù)需要如此之高，以至于它幾乎完全抵消了理論計算的巨大量子校正，m_0 的高值似乎很不自然，所以我們才需要其他理論來進行微調(diào)。
這就是超對稱發(fā)揮作用的地方，它可以更好地解釋希格斯的測量質(zhì)量的問題。來自超對稱的額外粒子，可以抵消這些非常大的量子校正，因為玻色子與費米子相比貢獻了相反的希格斯質(zhì)量，如下圖方程所示。
接下來是力的統(tǒng)一問題，物理學家認為，在某些基本層面上，所有力是統(tǒng)一的，并且有一些理論統(tǒng)一了力并以統(tǒng)一的方式解釋物理學。標準模型的每個力都有一些反映力強度的耦合常數(shù)，這些耦合常數(shù)實際上并不恒定，因為它們會在較高溫度下發(fā)生變化。物理學家預計耦合常數(shù)應該在某個非常高的溫度下聯(lián)合起來，因此在某個點上，不同力的不同耦合常數(shù)應該在標準模型中變得相等。
最初的標準模型似乎不能達到這個要求，但是從超對稱中添加額外的粒子可以 改變耦合在較高溫度下的變化方式，使它們可能在某個點統(tǒng)一。這是因為耦合的溫度依賴性取決于理論中的粒子數(shù)量，而超對稱性至少會使理論中的粒子數(shù)量增加一倍。
暗物質(zhì)可能是一種穩(wěn)定的電中性的粒子，尚未發(fā)現(xiàn)的超對稱粒子可能是暗物質(zhì)的候選者。
找到超對稱了嗎
理論說得這么好聽，那么為什么我們還沒有發(fā)現(xiàn)任何超對稱粒子？第一個原因可能是因為粒子太重，以至于我們無法在最好的加速器中產(chǎn)生它們。第二個原因是，如果它們確實是暗物質(zhì)粒子，那么它們一定是弱相互作用的大質(zhì)量粒子。所以我們可以產(chǎn)生它們，但卻沒有檢測到它們，因為它們的相互作用非常微弱。
雖然超對稱的概念非常好，可以解釋一些重要方面。但隨著時間的流逝，物理學認為它越來越不可能是正確的，因為我們到現(xiàn)在為止連它的影子都見不到。
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