粒子物理学的支配理论解释了关于亚原子世界的一切……除了它没有解释的部分。不幸的是，对于所谓的标准模型，并没有很多奉承的形容词。这一基础物理理论是在几十年的时间里一点一点地建立起来，它最恰当的描述是笨拙、大杂烩和马吉夫——就像用几根绳子和口香糖拼凑而成。
尽管如此，它仍然是一个非常强大的模型，能够准确地预测各种各样的相互租用和过程。但它确实有一些明显的缺点：它没有纳入引力力；它无法解释各种粒子的质量，其中一些粒子施加了力；它无法解释中微子的某些行为，它没有暗物质存在的答案。所以我们得想个办法，需要超越标准模型来更好地理解我们的宇宙。
博科园-科学科普：不幸的是，许多解释这一伟大超对称理论的主要竞争者，近年来要么被排除在外，要么受到严格限制。然而，仍然有一个概念可以解释标准模型没有涵盖的宇宙神秘部分：长寿的超对称粒子，有时简称sparticles。但令人沮丧的是，最近对这些奇怪粒子的研究却一无所获。到目前为止，最流行的一组理论突破了当前标准模型的界限，它们被归为一类被称为超对称的思想。在这些模型中，自然界中粒子的两个主要阵营(“玻色子”，如我们所熟悉的光子;而“费米子”——比如电子、夸克和中微子——实际上有一种奇怪的“兄弟”关系“。每个玻色子在费米子世界里都有一个伴子，同样的，每个费米子也有一个自己的玻色子朋友。
世界上最大的粒子加速器，大型强子对撞机，在法国和瑞士的边界下形成了一个17英里(27公里)长的环。图片：Maximilien Brice/CERN
这些合作伙伴(或者用粒子物理学中令人困惑的术语——“超级合作伙伴”——更恰当地说)都不属于已知粒子的正常家族。相反，它们通常要重得多、陌生得多，而且通常看起来更奇怪。已知粒子和它超伴粒子之间的质量差异是一种称为对称性断裂现象的结果。这意味着在高能量下(就像粒子加速器的内部)，粒子和它们的伙伴之间的数学关系是稳定的，导致质量相等。然而，在低能量的情况下(就像你在日常生活中所经历的能量水平)，这种对称性就会被打破，导致搭档粒子的质量暴涨。这个机制很重要，因为它也可能解释为什么，比如说，重力比其他力弱得多。这个数学问题有点复杂，但简单来说就是：宇宙中有什么东西断裂了，导致普通粒子的质量大大低于它们的超伴粒子。
同样的破坏行为可能会“惩罚”引力，削弱它相对于其他力的力。为了寻找超对称性，一群物理学家加入进来，建造了名为大型强子对撞机(Large Hadron Collider)的原子加速器。经过多年的艰苦探索，对撞机得出了一个令人惊讶但令人失望的结论:几乎所有超对称性模型都是错误的。简单地说，我们找不到任何伴粒子。零。无价值之物。没有什么结果。在世界上最强大的对撞机上，没有任何超对称的迹象。在这个对撞机上，粒子以接近光速绕着一个圆形装置快速运动，然后相互碰撞，有时会产生奇异的新粒子。这并不意味着超对称性本身就是错的，但所有最简单的模型现在都被排除在外了。是时候抛弃超对称性了吗？也许吧，但也许会有长寿的粒子。
冰立方实验地面设施位于南极洲将近1英里(1.6公里)的冰层之下，冰立方表明幽灵中微子不存在，但一项新的实验表明它们存在。图片：Courtesy of IceCube Neutrino Observatory
通常在粒子物理学领域，质量越大，就越不稳定，越快地衰变成更简单，更轻的粒子。事情就是这样。由于伙伴粒子都被认为是重的(否则，我们现在就能看到它们了)，预计它们会迅速衰变成可能认识的其他物质簇，然后就会相应地建造探测器。但是如果伴粒子的寿命很长呢？如果，通过一些奇特的物理现象(给理论学家几个小时的时间来思考，会想出足够多的奇怪现象来让它发生)，这些粒子在尽职尽责地衰变成不那么奇怪的东西之前，设法逃脱了探测器的限制，那该怎么办？在这种情况下，搜索结果会是完全空的，仅仅是因为我们找得不够远。而且，探测器并不是为了能够直接寻找这些长寿粒子而设计的。
发表在《arXiv》上发表的一篇最新论文中，大型强子对撞机(Large Hadron Collider，大型强子对撞机)上的ATLAS(环形强子对撞机设备的缩写)团队成员报告了一项对这种长寿粒子的研究。在目前实验设置下，他们不能搜索每一个可能的长寿粒子，但是他们能够搜索质量是质子5到400倍的中性粒子。阿特拉斯团队搜寻的不是探测器中心的长寿粒子，而是探测器边缘的长寿粒子，这样一来，这些长寿粒子就可以在任何地方移动，从几厘米到几米不等。从人类的标准来看，这似乎并不遥远，但对于质量巨大的基本粒子来说，它就像是已知宇宙的边缘。
当然，这不是第一次寻找长寿粒子，但它是最全面的一次，几乎使用了大型强子对撞机(Large Hadron Collider)实验记录的全部重量。结果是：什么都没有。零。无价值之物。没有什么结果。没有任何长寿粒子的迹象。这是否意味着这个想法也失败了？不完全是，只是在勉强度日。在我们真正捕捉长寿粒子之前，可能还需要专门设计的另一代实验来捕捉长寿粒子。或者，更令人沮丧的是，它们根本不存在。这就意味着这些粒子（以及它们的超对称伙伴）实际上只是狂热的物理学家们凭空想象出来的幽灵，而我们真正需要的是一个全新框架来解决现代物理学中一些突出的问题。
博科园-科学科普｜参考期刊文献:《arXiv》
文: Paul Sutter/Live Science
Cite: arXiv:1902.03094
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