超對稱，讓我們更接近萬物理論

原標題:我們是否只發現了物理學的一半。

物理學有一個終極目標:找到一些相關的基礎理論，然后把它們結合起來，形成一個萬有理論到目前為止，我們最接近萬物理論的是粒子物理的標準模型，這個理論背后的方程是我們在物理學中最精確的方程但是還有很多東西是理論解釋不了的，比如暗物質，暗能量，引力的量子理論

有一個理論思想，很多人認為可以讓我們更接近萬有理論，填補標準模型的幾個空白這種理論被稱為超對稱，它是物質粒子和攜帶力的粒子通過一種新的對稱聯系在一起的想法雖然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，對稱性是可以打破的，打破超對稱性仍然可以解釋很多事情

如果超對稱是真的，它可以解決我們目前對宇宙的理解中的幾個問題比如可以解釋為什么希格斯玻色子的質量那么小它可以結合電磁力，強力和弱力三種基本力它可以為難以捉摸的暗物質粒子提供一個完美的候選者那么，超對稱到底是什么為什么對稱對我們探索萬物理論很重要

超對稱性

超對稱是標準模型中物質粒子和力粒子之間的對稱這兩種粒子的主要區別是自旋標準模型中的費米子自旋為1/2，而標準模型中的所有玻色子自旋為0或1費米子遵循的規則是，它們不能在同一時間以相同的自旋處于同一位置，這就是泡利的不相容原理但是這個規則并不適用于玻色子，因為許多相同的玻色子可以出現在相同的位置

如果你看一些標準模型，你會發現物質的粒子比攜帶力的粒子多得多宇宙更喜歡物質而不是允許相互作用的力嗎由于標準模型充滿對稱性，在許多物理學家看來，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性來描述物質和力之間的對稱性

雖然超對稱理論有很多不同的版本，但基本概念是一樣的: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的類型比如費米子的所有鏡像粒子都是玻色子，相同玻色子的所有鏡像粒子都是費米子通過這個簡單的超對稱概念，我們可以給標準模型帶來平衡，這樣我們就有了和費米子一樣多的玻色子和費米子

你可能會問，這一切的意義何在玻色子和費米子數量相等真的很重要嗎我們真的需要這樣的對稱嗎簡單的答案是，如果它是正確的，它將幫助我們更好地了解宇宙

超對稱優勢

早在20世紀80年代，物理學家就開始關注標準模型的一些問題一般來說，超對稱會解決三個問題:一是可以解決希格斯玻色子的低質量問題，二是可以統一三種基本力——電磁力，強力，弱力，第三，它提供了暗物質的解決方案

第一個問題很簡單，希格斯玻色子的質量看起來不自然希格斯粒子的質量為125GeV，這在理論上似乎不太可能為什么這與量子修正如何影響希格斯玻色子的質量有關我們可以寫出希格斯玻色子的質量，如下圖所示M_measure是一個測量質量，我們可以在實驗中測量M_corrections是根據標準模型的方程計算的質量校正m0是一個調諧參數，稱為裸質量標準模型沒有告訴我們這個裸質量應該是什么

我們從大型強子對撞機的實驗中得到了m_measure問題是當我們用標準模型的方程計算m_corrections時，結果比測量的質量好幾個數量級因此，m_0需要在數值上等于m_corrections，但在符號上相反換句話說，m0參數需要高到幾乎完全抵消理論計算的巨大量子修正m0的高值似乎不自然，所以我們需要其他理論進行微調

這就是超對稱性發揮作用的地方，它可以更好地解釋希格斯的測量質量來自超對稱的額外粒子可以抵消這些非常大的量子修正，因為與費米子相比，玻色子貢獻了相反的希格斯質量，如下式所示

接下來是勢力的統一物理學家認為，在一些基本層面上，所有的力都是統一的，一些理論統一了力，用統一的方式解釋物理標準模型中的每個力都有一些反映力的強度的耦合常數這些耦合常數實際上不是常數，因為它們會在更高的溫度下發生變化物理學家預計耦合常數應該在非常高的溫度下結合，所以在某個時刻，不同力的不同耦合常數應該在標準模型中變得相等

原來的標準模型似乎不能滿足這個要求，但是從超對稱中加入額外的粒子，可以改變更高溫度下的耦合方式，使它們在某一點上可能統一起來這是因為耦合的溫度依賴性理論上取決于粒子數，而超對稱性理論上至少會使粒子數翻倍

暗物質可能是一種穩定的電中性粒子，未被發現的超對稱粒子可能是暗物質的候選者。

發現超對稱性了嗎。

理論這么好，那為什么我們還沒有發現任何超對稱粒子呢第一個原因可能是粒子太重了，我們無法在最好的加速器中產生它們第二個原因是，如果它們確實是暗物質粒子，那么它們一定是弱相互作用的大質量粒子所以我們可以產生它們，但是我們檢測不到它們，因為它們的相互作用非常微弱

超對稱的概念雖然很好，但是可以解釋一些重要的方面但伴隨著時間的推移，物理學認為正確的可能性越來越小，因為直到現在我們甚至看不到它的影子