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大统一理论仍然是物理学家最希望解决的问题之一。然而，如果强有力的证据不能尽快浮现的话，它或许将要面临严重的信任危机。

撰文 戴维·卡斯泰尔维基（Davide Castelvecchi）  翻译 王栋

作为能够描述基本粒子的完整理论“王国”，物理学家构想出的超对称理论迄今已有数十年历史了。它能完美解答目前粒子物理标准模型无法解决的谜题，例如宇宙中的暗物质究竟是什么。而现在，有人已经开始怀疑。人类历史上最强大的对撞机——大型强子对撞机（Large Hadron Collider，LHC），至今没有发现任何可以揭示未知物理机制的新现象，尽管在LHC上进行的研究才刚刚起步，但已经让一些理论物理学家不禁发问：如果最终发现超对称根本不存在，物理学将何去何从？

“无论怎么找，我们就是什么也发现不了。这就意味着，我们没有发现任何与标准模型相左的现象，” LHC超导环场探测器（A Toroidal LHC Apparatus，ATLAS）的领军科学家、意大利国家核物理研究院帕勒莫分院的贾科莫·波莱赛洛（Giacomo Polesello）说。像高楼大厦一样的ATLAS是LHC加速环上的两台通用探测器之一，由3 000多位来自不同国家的研究人员建造并维护运行。而根据今年3月在意大利阿尔卑斯山举行的学术会议上公布的最新消息，另一台紧凑µ子线圈（Compact Muon Solenoid，CMS）探测器同样没有任何发现。

20世纪60年代，理论物理学家提出了超对称理论，以期将自然界中的两类基本粒子（费米子和玻色子）联系起来。粗浅地说，费米子是物质的组成部分（电子就是一个典型例子），而玻色子是基本作用力的携带者（例如电磁相互作用中的光子）。超对称理论将为每一种已知的玻色子配上一个重的费米“超对称伙伴粒子” （简称“超伴子”）；而每一种已知的费米子也会有一个重的玻色超伴子。“这将是我们对这个世界做出终极理解的下一步，在那里，一切都是对称和完美的，”美国斯坦福直线加速器中心（Stanford Linear Accelerator Center，SLAC）国家加速器实验室的理论物理学家迈克尔·佩斯金（Michael Peskin）解释说。

位于瑞士日内瓦附近的LHC是欧洲核子中心（CERN）的顶级对撞机，应该具备制造这类超对称粒子的能力。现在，LHC已经将撞击质子的能量从去年的3.5 TeV（万亿电子伏特）提高到了4 TeV。碰撞后，这一能量会分布到构成质子的夸克和胶子中，因此碰撞能够制造出质量相当于1 TeV能量的新粒子。然而，虽然科学家赋予了它极高的期望值（而且能量值也不低），大自然却仍然拒绝合作，至少到目前为止是这样：LHC的物理学家一直在寻找新粒子的痕迹，却一无所获。如果超对称粒子确实存在，它们必定比许多物理学家预计的更重。“坦率地讲，”波莱塞洛说，“目前的情况是，我们已经推翻很多简单模型。”他的同事，美国劳伦斯·伯克利国家实验室的伊恩·辛奇利夫（Ian Hinchliffe）也附和道：“看看已经被排除在外的质量范围和粒子种类，它们的数量已经相当可观了。”

大多数理论物理学家并没有因此而沮丧，“仍有一些颇为可行的途径来构建超对称模型，”佩斯金说。仅仅采集了一年的数据，就想看到新的物理学机制是不现实的，CMS研究组的理论物理学家约瑟夫·利根（Joseph Lykken）评论道。

可是，当初建立超对称模型是为了解决一些难题，而令其他一些人感到不安的是，要想解决这些难题，至少其中一些超对称粒子就不应该太重。例如，为了构成暗物质，它们的质量必须不超过零点几个TeV。

对于大多数物理学家来说，希望超对称粒子能轻些的一个更重要原因在于LHC的另一主要目标——希格斯玻色子。根据设想，一切拥有质量的基本粒子都是通过与这种粒子的相互作用来获得质量的。此外，基本粒子同短暂存在的“虚粒子”晕之间的相互作用，对其质量也有次要贡献。在大多数情况下，标准模型里的对称性保证了这些虚粒子互相抵消，所以它们对质量的贡献有限。具有讽刺意味的是，希格斯粒子自己却是个例外。根据标准模型计算，会得到它的质量无穷大这样一个荒谬的结果。超伴子能够扩大互相抵消粒子的范围来解决这一谜题。根据2011年12月发表的初步结果，希格斯粒子的质量约为0.125 TeV，正位于超对称理论预测的范围之中。但前提是，超对称粒子的质量要相当低。

如果最后证明，事实并非如此，那就要另寻解释。去年，英国伦敦大学学院的理论物理学家布莱恩·林恩（Bryan Lynn）提出了一种解释：在标准模型中，此前没有给予重视的对称性可以保证希格斯粒子的质量有限。其他一些科学家认为，林恩的想法最多只能算是提供了部分解释，限制希格斯粒子质量的，肯定还有标准模型之外的其他重要的物理机制——如果不是超对称理论，就应该是理论物理学家提出的其他理论中的一种。其中一个热门后备理论是：希格斯玻色子不是基本粒子，相反，它也是由其他粒子构成，就像质子是由夸克构成的一样。不幸的是，LHC只是还没有足够的数据来对该假说一辩真伪，CERN的克里斯托弗·格罗琴（Christophe Grojean）说。一些更玄乎的理论，例如，除了通常的三维之外，空间还拥有更多维度等，就不是LHC所能验证的了。“目前，每一个理论都有问题，就我个人来说，无法告诉你哪个更好些，” CERN的另一位理论物理学家吉安·弗朗西斯科·格尤戴斯（Gian Francesco Giudice）评论道。

ATLAS和CMS还在继续收集数据，它们要么会发现超对称粒子，要么将排除更大范围的可能质量。虽然它们或许永远无法彻底否认超对称粒子的存在，但如果LHC最终还是没能发现这种粒子，超对称理论或许就会渐渐淡出人们的视野，即便那些最坚定的支持者也会对它失去兴趣。对于超对称理论，以及以此为基础而建立的大一统理论来说，那将是一次严重的打击。辛奇利夫说，“我们将发现的最有趣的东西，会是所有人都没能预想到的”。