什么是超对称?

比子弹还快!比火车头还强大!一跳就能跳过高楼!当然是超对称。(SUSY，如果你喜欢它更可爱、不为人知的个性的话。)在宇宙中所有的超级英雄中，超对称可能是拯救我们免于彻底毁灭的英雄。不是因为它能对抗坏人或智胜坏人，而是因为它可能解释宇宙中最微小、最基本的部分是如何运作的。打开宇宙的大门，谁知道我们能抵御什么。

谁是我们聪明的英雄?我们的肌肉女英雄?比起温和的蜘蛛侠，更像胆小的彼得·帕克。它实际上是一个原理——用来填补另一个框架的漏洞——物理学家们开始担心它没有看起来那么强大。超对称可能终于遇到了对手，而且大型强子对撞机是它可能会咽下最后一口气的地方。

首先，后退一步。标准模型是当今物理学家用来理解宇宙基本原理的工具。它定义了基本粒子，以及与粒子相互作用以保持宇宙运行的四种力。这些粒子包括夸克和轻子:你可能熟悉夸克家族中的质子和中子，以及作为轻子的电子和中微子。这些力有强、弱、电磁力和引力。

标准模型还说，每种力都有一个相应的粒子(或玻色子)。通过相互交换玻色子，物质可以在彼此之间传递能量[来源:欧洲核子研究中心]。这里有一些非常方便的东西:标准模型中的每一个粒子都被发现了，包括——不久之前——希格斯玻色子．希格斯粒子构成了一个更大的希格斯场，它将质量传递给粒子。

现在有一件奇怪的事情。如果标准模型是正确的，那就意味着希格斯场赋予了亚原子粒子质量。但它没有说明质量是多少，也没有解释为什么希格斯玻色子会很轻——如果其他标准模型粒子按照预测的方式与它相互作用，它应该非常非常重。

这就是超对称的由来。正如费米实验室的工作人员提醒我们的，超对称是一个原理，而不是一个理论，所以这意味着有很多超对称理论在不同的点上有所不同。然而，所有这些都具有超对称方程的特征，这些方程将物质和力等同对待[来源:费米实验室]。是的，物质和力可以交换。

如何做到平衡呢?超对称理论认为，标准模型中描述的每个粒子都有一个质量不同的超级伙伴。所以每一个已知的物质粒子(或费米子)有一个力粒子(或玻色子)，反之亦然。电子是费米子的一个例子，光子是玻色子的一个例子。超级伴子最有用的特性之一就是它们可以抵消标准模型预测的希格斯粒子的巨大质量。这听起来很棒，因为我们发现了希格斯粒子，而且它没有那么大。超对称存在!超对称万岁!

但你可能想等一下，因为这里有一个关于超对称和超伴子的大问题:我们还没有看到它们。虽然在质量超对称预言中发现希格斯粒子是件好事，但我们真的应该看到所有这些超级伙伴粒子。在运行大型强子对撞机多年后，我们没有。

是啊，是啊，坚持超对称是有点难。我们假设所有这些超级伴星都存在因为如果它们存在，标准模型会更有意义。看起来像是伪科学，对吧?

好吧，没那么快。超对称理论可以回答的不仅仅是希格斯玻色子问题，而且能够用一种解决方案解决多个问题对科学家来说很有吸引力。费米实验室]。例如，物理学家不明白为什么星系旋转得这么快，考虑到它们的巨大质量，所以他们假设了一种新的物质——暗物质——解决问题。然后他们遇到了一个更大的问题:如果暗物质存在，它到底是由什么构成的?我们从未见过它，所以我们不能说这些神秘的东西是由什么组成的。超对称解决了这个问题，因为最轻的超对称粒子完全符合暗物质的要求。

超对称带来的另一个好处是什么?我们在亚原子尺度上理解的三种力(强、弱和电磁力)可以被理解为一种统一力的一部分。虽然标准模型认为这三种力在非常高的能量下变得相似，但超对称将预测这三种力在单一能量下统一。费米实验室]。现在，这不是“有意义”的必要条件，但是——正如我们所说——物理学家喜欢自然、优雅的解决方案。当涉及到统一力的问题时，超对称将创造出物理学家所渴望的那种解决方案。

然而，我们必须再次提醒，如果我们找不到这些超级伙伴，所有这一切都是徒劳的。如果我们找不到它们，我们就无法解释希格斯玻色子的质量、暗物质或力的统一。但我们在超对称还没来得及反抗之前就把死亡时间定在了超对称上。

因为希望可能就在眼前，以巨大的质子爆炸的形式。没错，我们的希望仍然寄托在大型强子对撞机上，这个粒子加速器在2012年发现了希格斯玻色子存在的证据。虽然发现希格斯玻色子对超对称支持者和一般物理学家来说无疑是一件大事，但他们真正希望的是找到一堆粒子。更具体地说，是一堆难以捉摸的超级伙伴，它们会让我们明白超对称是真实存在的。

毫不夸张地说，在大型强子对撞机上只发现希格斯粒子(而没有发现任何其他的超级伙伴)已经给物理世界带来了一点危机。毕竟，要让希格斯质量说得过去，超级伴侣应该在大致相同的地方被发现[来源:Wolchover]。大型强子对撞机将在2015年再次启动，以更高的能量撞击质子，希望能找到更高质量的超级伙伴。不幸的是，这并不能完全解决问题:即使他们找到了重质量的超级伴侣，超对称的非常方便的效应——它会抵消希格斯粒子的超重质量——也不会很好地起作用[来源:Wolchover]。所以，我们又一次陷入了超对称的窠臼。

但正如人们所注意到的，超对称是一种原理，而不是一种理论。在一些超对称的情况下，由于实验的限制，大型强子对撞机无法发现超伴子，而且它们无法探测到不太稳定的粒子[来源:Wolchover]。所以，虽然超对称可能需要气喘吁吁地跑进房间，为迟到找一个很好的借口，但现在还不是关门的时候。