大型强子对撞机的最新结果对万有超对称理论不利

也许不再是“上帝之脚”
紫色的轨迹显示了“奇异美”B介子的衰变,它由一个反粲夸克和一个奇异夸克组成。该复合粒子衰变成一对μ子。LHCb实验一直在极其详细地研究B介子,但到目前为止尚未发现任何支持超对称的证据。超对称是解释宇宙中物质比反物质多的理论之一。LHCb/CERN

大型强子对撞机的最新消息是:科学家们仍然无法解释我们为何存在。在对奇异美粒子(它们的确切名称是这样的)进行的迄今最详细的分析中,物理学家未能找到超对称粒子。超对称粒子是现代物理标准模型中每种已知粒子的“影子伴侣”。这可能意味着它们根本不存在,这本身将是令人非常感兴趣的消息。

欧洲核子研究中心的物理学家一直在研究一类称为B介子的粒子。B介子是由两个不同的夸克(一个反物质,一个普通物质)组成的重粒子,它们会衰变成其他粒子。它们的质量很大,因此有多种衰变选项,这使得它们在研究物质-反物质不对称性方面很有用。

这种不对称性解释了为什么一切都存在——从数学角度来看,本来不应该存在。大爆炸时应该产生了等量的物质和反物质,两者会相互湮灭,不留下任何东西。但不知何故,物质占据了上风,这意味着在某个时刻物质和反物质之间存在失衡。超对称是解释这一点的一种方式。超对称粒子,其名称如夸克(squarks)和电子(selectrons),对应着每种粒子都存在,并且它们的特性与其对应的粒子略有不同。

去年,费米国立加速器实验室的物理学家表示,B介子似乎“倾向于变成物质而不是反物质”。这种衰变倾向表明可能存在其他粒子或力在起作用——这是对标准模型的偏离,可能是超对称粒子的作用。

但现在,物理学家表示比费米实验室更精确的LHC数据并未显示出这种物质衰变偏差。这反过来可能意味着不存在超对称;不存在夸克或电子。我们不会试图深入探讨其中的物理学——如果您对细节感兴趣,可以查看LHCb实验Quantum Diaries的帖子。

这对一些理论物理学家来说将是令人失望的,因为超对称为许多棘手的物理学问题提供了一个便捷的答案。在高能量下,它将电磁力与弱核力和强核力统一起来,并且在某些模型中,该理论以中性粒子的形式提供了一种暗物质的候选者,这种粒子稳定且质量较大。超对称也是弦论的一个基本特征,而弦论目前是唯一被广泛接受的统一量子力学和相对论的理论。

BBC关于此事的报道中,诺贝尔奖得主乔治·斯穆特称超对称是“一个极其优美的模型”。

“它具有对称性,它很‘超’(super),而且在欧洲几十年来一直被教授为正确的模型,因为它非常优美,”他说。“但没有实验数据能够证明它是正确的。”

那么这意味着什么呢?正如BBC指出的那样,事情并非完全结束——超对称有几种版本,它们比基本质量-能量水平版本(这个版本似乎刚刚被排除)更为复杂。所以不同类型的超对称可能仍然是正确的。但这也可能意味着超对称是错误的,如果是这样,物理学家将不得不提出一些重大的新想法。

[CERN,经由BBC]

 

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丽贝卡·博伊尔是一位屡获殊荣的自由撰稿人,她撰写关于天文学、人畜共患病以及介于两者之间的各种主题的文章。她是《大西洋月刊》的特约撰稿人,她的作品经常出现在《大众科学》、《新科学家》、《FiveThirtyEight》、《连线》以及许多其他面向成人和儿童的出版物上。丽贝卡在科罗拉多州长大,离太空更近一英里,现在住在圣路易斯,靠近大陆两条最强大的河流的交汇处。

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