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突然间,超对称性将所有已知粒子乘以2。
每一个都有一个自转相差12的超级伙伴。
在标准模型中,费米子是构成物质的粒子,而那些携带相互作用的粒子是玻色子。
在这个世界上与超对称性相反的情况发生了:物质粒子具有整数自旋,而那些携带相互作用的是费米子。
在大爆炸之后,这种对称性必须是完美无缺的,然后它一定在宇宙演化的早期阶段就自发地破裂了,所以我们周围只剩下普通物质。
所有超对称粒子显然都消失了,唯一可能的例外是中性微子或其他中性的、稳定的、质量很大的粒子,它们的相互作用很弱,这可以解释暗物质。
我们周围没有超物质粒子,可以用超对称粒子比已知粒子重得多的事实来解释。
但目前还不清楚它到底重多少。
它们可能有数百个GeV,或几个TeV,甚至几十个TeV。
因此,如果超对称性理论被接受,人们马上就会发现至少有一个暗物质的自然候选者,即中性微子。
不仅如此:超对称粒子的存在似乎也允许将所有已知的力(除了引力)结合在一个单一的超力中,这种超力在宇宙早期阶段(甚至在希格斯场凝结之前)就主宰了宇宙。
不用说,这将是一个全新的宇宙观。
除此之外,Susy项目还预测希格斯玻色子有更多类型,可以形成一个真正的玻色子家族。
较轻的质量应该不超过130GeV,与标准模型预测的希格斯粒子相似,也就是我们在大型强子对撞机中观测到的那种。
我们的发现排除了许多超对称模型,这些模型更倾向于100~120GeV之间较轻的希格斯粒子。
许多人在假设一个质量接近125GeV的粒子幸存了下来。
为了证明我们观测到的玻色子实际上是一种超级希格斯玻色子,我们要么发现组成这个玻色子家族的其他同胞之一,要么在它与其他粒子的相互作用中发现一些异常。
事实上,从量子力学的角度来看,像我们发现的希格斯这样的轻质标量粒子是一种非常奇怪的物质。
由于希格斯粒子最好与较重的粒子相互作用,所以它与顶夸克有一种特殊的关系。
因此,我们必须把它想象成被云团覆盖,这在理论上会显著改变它的质量。
更准确地说,量子修正会以一种不受控制的方式把它压下去,把它的质量推向荒谬的值,远远高于我们测量的125GeV。
如果这种情况没有发生,要么是存在一种未知的机制——一种临时建立的机制——以保护它,要么是每种导致它变重的因素,都有另一种因素导致它变轻,并且比例完全相同。
如果超对称性理论成立,后一种可能性就会出现。
事实上,从费米子和玻色子的角度来说,量子修正对质量的贡献是相反的,因此对于每个正的贡献,要归功于顶夸克,而每一个负的贡献,都要归因于超顶夸克。
也就是说,在任何时候,包围希格斯粒子的粒子团都倾向于增加它的质量,而超粒子团则倾向于减少它的质量,这样两种现象就能完美地互相抵消,玻色子就能保持轻质。
简而言之,超对称粒子的存在可以很自然地解释为什么希格斯玻色子如此“轻”
,也正因为这个原因,Susy项目一直为之着迷。
然而,要使这种巧妙的机制起作用,超顶夸克的质量不应该比顶夸克的质量大太多,约为173GeV。
问题就出现了,因为如果超粒子这么轻,我们就得制造大量超粒子了。
然而,迄今为止的研究都没有给出任何结果,而且我们已经知道,如果存在超粒子,其质量一定大于
400~500GeV。
现在我们说到了关键点。
超对称性理论自称是一种奇妙的理论,能够一下子解决一些现代物理学中最深奥的问题(暗物质、大统一理论、希格斯玻色子之谜),但它有一个缺点:到目前为止,它没有验证该理论预测的许多粒子中的任何一种。
超环面仪器和紧凑渺子线圈进行了数百项独立研究,但没有任何新发现。
每一次,我们都只是成功地为超对称粒子的质量设定新的下限。
如果存在超对称性粒子,那么它的粒子一定非常重,而且由于目前还没有它们的踪迹,有些人开始认为是时候放弃这个美丽的猜想了。
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