超对称，让我们更接近万物理论

原标题:我们是否只发现了物理学的一半。

物理学有一个终极目标:找到一些相关的基础理论，然后把它们结合起来，形成一个万有理论到目前为止，我们最接近万物理论的是粒子物理的标准模型，这个理论背后的方程是我们在物理学中最精确的方程但是还有很多东西是理论解释不了的，比如暗物质，暗能量，引力的量子理论

有一个理论思想，很多人认为可以让我们更接近万有理论，填补标准模型的几个空白这种理论被称为超对称，它是物质粒子和携带力的粒子通过一种新的对称联系在一起的想法虽然没有实验证实这种对称性，但它仍然很重要，因为在物理学中，对称性是可以打破的，打破超对称性仍然可以解释很多事情

如果超对称是真的，它可以解决我们目前对宇宙的理解中的几个问题比如可以解释为什么希格斯玻色子的质量那么小它可以结合电磁力，强力和弱力三种基本力它可以为难以捉摸的暗物质粒子提供一个完美的候选者那么，超对称到底是什么为什么对称对我们探索万物理论很重要

超对称性

超对称是标准模型中物质粒子和力粒子之间的对称这两种粒子的主要区别是自旋标准模型中的费米子自旋为1/2，而标准模型中的所有玻色子自旋为0或1费米子遵循的规则是，它们不能在同一时间以相同的自旋处于同一位置，这就是泡利的不相容原理但是这个规则并不适用于玻色子，因为许多相同的玻色子可以出现在相同的位置

如果你看一些标准模型，你会发现物质的粒子比携带力的粒子多得多宇宙更喜欢物质而不是允许相互作用的力吗由于标准模型充满对称性，在许多物理学家看来，费米子和玻色子之间的基本对称性也应该存在所以他们用超对称性来描述物质和力之间的对称性

虽然超对称理论有很多不同的版本，但基本概念是一样的:每个粒子都有一个镜像粒子或超对称对应粒子每个镜像粒子都是相反的类型比如费米子的所有镜像粒子都是玻色子，相同玻色子的所有镜像粒子都是费米子通过这个简单的超对称概念，我们可以给标准模型带来平衡，这样我们就有了和费米子一样多的玻色子和费米子

你可能会问，这一切的意义何在玻色子和费米子数量相等真的很重要吗我们真的需要这样的对称吗简单的答案是，如果它是正确的，它将帮助我们更好地了解宇宙

超对称优势

早在20世纪80年代，物理学家就开始关注标准模型的一些问题一般来说，超对称会解决三个问题:一是可以解决希格斯玻色子的低质量问题，二是可以统一三种基本力——电磁力，强力，弱力，第三，它提供了暗物质的解决方案

第一个问题很简单，希格斯玻色子的质量看起来不自然希格斯粒子的质量为125GeV，这在理论上似乎不太可能为什么这与量子修正如何影响希格斯玻色子的质量有关我们可以写出希格斯玻色子的质量，如下图所示M_measure是一个测量质量，我们可以在实验中测量M_corrections是根据标准模型的方程计算的质量校正m0是一个调谐参数，称为裸质量标准模型没有告诉我们这个裸质量应该是什么

我们从大型强子对撞机的实验中得到了m_measure问题是当我们用标准模型的方程计算m_corrections时，结果比测量的质量好几个数量级因此，m_0需要在数值上等于m_corrections，但在符号上相反换句话说，m0参数需要高到几乎完全抵消理论计算的巨大量子修正m0的高值似乎不自然，所以我们需要其他理论进行微调

这就是超对称性发挥作用的地方，它可以更好地解释希格斯的测量质量来自超对称的额外粒子可以抵消这些非常大的量子修正，因为与费米子相比，玻色子贡献了相反的希格斯质量，如下式所示

接下来是势力的统一物理学家认为，在一些基本层面上，所有的力都是统一的，一些理论统一了力，用统一的方式解释物理标准模型中的每个力都有一些反映力的强度的耦合常数这些耦合常数实际上不是常数，因为它们会在更高的温度下发生变化物理学家预计耦合常数应该在非常高的温度下结合，所以在某个时刻，不同力的不同耦合常数应该在标准模型中变得相等

原来的标准模型似乎不能满足这个要求，但是从超对称中加入额外的粒子，可以改变更高温度下的耦合方式，使它们在某一点上可能统一起来这是因为耦合的温度依赖性理论上取决于粒子数，而超对称性理论上至少会使粒子数翻倍

暗物质可能是一种稳定的电中性粒子，未被发现的超对称粒子可能是暗物质的候选者。

发现超对称性了吗。

理论这么好，那为什么我们还没有发现任何超对称粒子呢第一个原因可能是粒子太重了，我们无法在最好的加速器中产生它们第二个原因是，如果它们确实是暗物质粒子，那么它们一定是弱相互作用的大质量粒子所以我们可以产生它们，但是我们检测不到它们，因为它们的相互作用非常微弱

超对称的概念虽然很好，但是可以解释一些重要的方面但伴随着时间的推移，物理学认为正确的可能性越来越小，因为直到现在我们甚至看不到它的影子