粒子物理學的支配理論解釋了關于亞原子世界的一切……除了它沒有解釋的部分。不幸的是，對于所謂的標準模型，并沒有很多奉承的形容詞。這一基礎物理理論是在幾十年的時間里一點一點地建立起來，它最恰當?shù)拿枋鍪潜孔?、大雜燴和馬吉夫——就像用幾根繩子和口香糖拼湊而成。

盡管如此，它仍然是一個非常強大的模型，能夠準確地預測各種各樣的相互租用和過程。但它確實有一些明顯的缺點：它沒有納入引力力；它無法解釋各種粒子的質量，其中一些粒子施加了力；它無法解釋中微子的某些行為，它沒有暗物質存在的答案。所以我們得想個辦法，需要超越標準模型來更好地理解我們的宇宙。

博科園-科學科普：不幸的是，許多解釋這一偉大超對稱理論的主要競爭者，近年來要么被排除在外，要么受到嚴格限制。然而，仍然有一個概念可以解釋標準模型沒有涵蓋的宇宙神秘部分：長壽的超對稱粒子，有時簡稱sparticles。但令人沮喪的是，最近對這些奇怪粒子的研究卻一無所獲。到目前為止，最流行的一組理論突破了當前標準模型的界限，它們被歸為一類被稱為超對稱的思想。在這些模型中，自然界中粒子的兩個主要陣營(“玻色子”，如我們所熟悉的光子;而“費米子”——比如電子、夸克和中微子——實際上有一種奇怪的“兄弟”關系“。每個玻色子在費米子世界里都有一個伴子，同樣的，每個費米子也有一個自己的玻色子朋友。

這些合作伙伴(或者用粒子物理學中令人困惑的術語——“超級合作伙伴”——更恰當?shù)卣f)都不屬于已知粒子的正常家族。相反，它們通常要重得多、陌生得多，而且通?？雌饋砀婀?。已知粒子和它超伴粒子之間的質量差異是一種稱為對稱性斷裂現(xiàn)象的結果。這意味著在高能量下(就像粒子加速器的內部)，粒子和它們的伙伴之間的數(shù)學關系是穩(wěn)定的，導致質量相等。然而，在低能量的情況下(就像你在日常生活中所經歷的能量水平)，這種對稱性就會被打破，導致搭檔粒子的質量暴漲。這個機制很重要，因為它也可能解釋為什么，比如說，重力比其他力弱得多。這個數(shù)學問題有點復雜，但簡單來說就是：宇宙中有什么東西斷裂了，導致普通粒子的質量大大低于它們的超伴粒子。

同樣的破壞行為可能會“懲罰”引力，削弱它相對于其他力的力。為了尋找超對稱性，一群物理學家加入進來，建造了名為大型強子對撞機(Large Hadron Collider)的原子加速器。經過多年的艱苦探索，對撞機得出了一個令人驚訝但令人失望的結論:幾乎所有超對稱性模型都是錯誤的。簡單地說，我們找不到任何伴粒子。零。無價值之物。沒有什么結果。在世界上最強大的對撞機上，沒有任何超對稱的跡象。在這個對撞機上，粒子以接近光速繞著一個圓形裝置快速運動，然后相互碰撞，有時會產生奇異的新粒子。這并不意味著超對稱性本身就是錯的，但所有最簡單的模型現(xiàn)在都被排除在外了。是時候拋棄超對稱性了嗎？也許吧，但也許會有長壽的粒子。

通常在粒子物理學領域，質量越大，就越不穩(wěn)定，越快地衰變成更簡單，更輕的粒子。事情就是這樣。由于伙伴粒子都被認為是重的(否則，我們現(xiàn)在就能看到它們了)，預計它們會迅速衰變成可能認識的其他物質簇，然后就會相應地建造探測器。但是如果伴粒子的壽命很長呢？如果，通過一些奇特的物理現(xiàn)象(給理論學家?guī)讉€小時的時間來思考，會想出足夠多的奇怪現(xiàn)象來讓它發(fā)生)，這些粒子在盡職盡責地衰變成不那么奇怪的東西之前，設法逃脫了探測器的限制，那該怎么辦？在這種情況下，搜索結果會是完全空的，僅僅是因為我們找得不夠遠。而且，探測器并不是為了能夠直接尋找這些長壽粒子而設計的。

發(fā)表在《arXiv》上發(fā)表的一篇最新論文中，大型強子對撞機(Large Hadron Collider，大型強子對撞機)上的ATLAS(環(huán)形強子對撞機設備的縮寫)團隊成員報告了一項對這種長壽粒子的研究。在目前實驗設置下，他們不能搜索每一個可能的長壽粒子，但是他們能夠搜索質量是質子5到400倍的中性粒子。阿特拉斯團隊搜尋的不是探測器中心的長壽粒子，而是探測器邊緣的長壽粒子，這樣一來，這些長壽粒子就可以在任何地方移動，從幾厘米到幾米不等。從人類的標準來看，這似乎并不遙遠，但對于質量巨大的基本粒子來說，它就像是已知宇宙的邊緣。

當然，這不是第一次尋找長壽粒子，但它是最全面的一次，幾乎使用了大型強子對撞機(Large Hadron Collider)實驗記錄的全部重量。結果是：什么都沒有。零。無價值之物。沒有什么結果。沒有任何長壽粒子的跡象。這是否意味著這個想法也失敗了？不完全是，只是在勉強度日。在我們真正捕捉長壽粒子之前，可能還需要專門設計的另一代實驗來捕捉長壽粒子?；蛘?，更令人沮喪的是，它們根本不存在。這就意味著這些粒子（以及它們的超對稱伙伴）實際上只是狂熱的物理學家們憑空想象出來的幽靈，而我們真正需要的是一個全新框架來解決現(xiàn)代物理學中一些突出的問題。

博科園-科學科普｜參考期刊文獻:《arXiv》

文:?Paul Sutter/Live Science

Cite: arXiv:1902.03094

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