最近對大型強子對撞機結(jié)果的分析顯示，沒有證據(jù)證明超對稱理論。(圖片來源:核子研究中心)

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超對稱性是指自然界的基本粒子通過一種深層的關(guān)系聯(lián)系在一起。這個理論在世界上最大的對撞機實驗中預(yù)測了全新粒子的存在。但根據(jù)最近的一份報告，超對稱現(xiàn)象還未出現(xiàn)，因此這個理論似乎有些不可靠。

神秘的對稱亞原子宇宙由兩種基本粒子組成，費米子(為了紀念物理學家恩里科·費米)和玻色子(以物理學家薩特延德拉·納特·玻色的名字命名)。從本質(zhì)上講，費米子是自然界的基石:夸克、電子、中微子。如果你放大你自己的細胞、分子和原子，你會發(fā)現(xiàn)一堆費米子在周圍嗡嗡作響，做著它們的事情。

相反，玻色子是自然界基本力的載體。電磁力由光子攜帶，光子是玻色子的一種。弱核力有三個玻色子來攜帶它，8個不同的玻色子共同作用產(chǎn)生強核力。引力有一種假想的玻色子，叫做引力子，但我們還不了解這種粒子。

我們也不知道為什么宇宙會分裂成這兩大陣營。為什么沒有更多的粒子“家族”呢?為什么費米子有這些性質(zhì)? 為什么玻色子與力有關(guān)? 這兩個世界之間有什么聯(lián)系嗎?

超能粒子費米子和玻色子之間可能存在某種聯(lián)系，這種聯(lián)系的名字叫做超對稱。數(shù)學對稱性在現(xiàn)代物理學中起著核心作用。正是通過發(fā)現(xiàn)這樣的數(shù)學關(guān)系，物理學家才能夠理解自然的力量和其他奇妙的想法，比如能量守恒。

通過尋找對稱性，物理學家可以更加深刻地理解世界。

在超對稱中，有一種新的數(shù)學關(guān)系將費米子和玻色子聯(lián)系了起來。事實上，這不僅僅是一種聯(lián)系。超對稱性表明費米子和玻色子實際上是同一枚硬幣(超對稱)的兩面。在玻色子家族中，每一個費米子都有一個鏡像粒子，而在費米子世界中，每一個玻色子都有一個孿生兄弟。

但事實上并沒有。

我們在宇宙中看不到對稱是因為對稱被打破了。很久以前，當宇宙溫度更高、密度更大的時候，這種對稱性可以存活下來。但隨著宇宙的膨脹，溫度降低并打破了對稱性，分裂了費米子和玻色子。對稱性的打破導致所有的超對稱雙胞胎的質(zhì)量急劇膨脹。在粒子物理的世界里，你的質(zhì)量越大，你就越不穩(wěn)定。

進入超對稱領(lǐng)域的唯一途徑是重建早期的宇宙環(huán)境。我們可以利用巨型粒子對撞機來重建環(huán)境。

ATLAS支撐著世界大型強子對撞機(LHC)，顧名思義，是一種巨型粒子對撞機。它能夠?qū)⒘Ｗ蛹铀俚浇咏馑伲缓髮⑺鼈兎鬯樵谝黄?，達到盡可能高的能量, 這是自大爆炸以來宇宙中從未出現(xiàn)過的情況。大型強子對撞機的原理是通過在碰撞碎片中尋找超對稱粒子對存在的證據(jù)來尋找超對稱的跡象。

大型強子對撞機的探測器之一叫做ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS)，意為“環(huán)形大型強子對撞機設(shè)備”。全世界數(shù)百名科學家參與了ATLAS的合作項目，他們在一篇發(fā)表在預(yù)印本雜志arXiv上的論文中公布了他們在尋找超對稱性方面的最新發(fā)現(xiàn)。

結(jié)果是什么呢? 沒什么結(jié)果, 零。

經(jīng)過多年的搜索和從無數(shù)次碰撞中積累的數(shù)據(jù)，沒有任何超對稱粒子的跡象。事實上，許多超對稱模型現(xiàn)在已經(jīng)完全被排除在外，只有極少數(shù)理論觀點仍然有效。

盡管幾十年來超對稱理論得到了理論家們的廣泛支持(他們經(jīng)常把它描繪成促進我們理解宇宙的下一步)，但自從大型強子對撞機啟動以來，這個理論就一直如履薄冰。但是，盡管實驗結(jié)果不達預(yù)期，理論學家們?nèi)韵Ｍ?，在對撞機實驗中，某種理論調(diào)整模型會產(chǎn)生積極的結(jié)果。

雖然并不是每一個可能的超對稱模型都被排除了，但這個理論的未來仍然存在嚴重的疑問。由于物理學家多年來在超對稱理論上投入了大量的時間和精力，目前還沒有太多令人信服的替代方案。在一個沒有超對稱的宇宙中，物理學將何去何從?只有時間(和大量的數(shù)學論證)會告訴我們答案。

BY:Paul Sutter

FY:Angelina Yang Gong

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