作者：杰夫·布鲁姆菲尔
戈登·凯恩用“奇妙、美丽和独特”来形容超对称理论。凯恩是密歇根大学安 Arbor 分校的理论物理学家，他花了大约 30 年的时间研究超对称，他和其他许多人认为超对称理论解决了我们对亚原子世界理解中的许多问题。
然而，人们越来越担心，这个理论，无论多么优雅，可能是错误的。来自大型强子对撞机（LHC）的数据表明，该理论预测的“超粒子”没有出现任何迹象。大型强子对撞机是一个 27 公里的质子对撞机，横跨瑞士日内瓦附近的法瑞边境。“我们正在将超对称理论逼入绝境，”英国剑桥大学的粒子物理学家克里斯·莱斯特说，他与大型强子对撞机的 ATLAS 探测器合作。在过去一年中，ATLAS 与大型强子对撞机的紧凑μ子螺线管实验一起，一直在寻找超粒子，现在准备在大型强子对撞机在未来几周开始高功率运行时收集更多数据。如果探测器在年底前未能找到任何超粒子，该理论可能会遇到严重麻烦。
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图片来源：https://www.nature.com/news/2011/110228/full/471013a/box/1.html
超对称性（称为 SUSY，发音为“Susie”）在 1970 年代出现，旨在解决粒子物理学标准模型的一个主要缺陷，该模型描述了构成普通物质的基本粒子的行为（参见“动物寓言”）。研究人员现在已经找到了该模型预测的每一种粒子，除了一个：希格斯玻色子，理论认为它有助于赋予其他粒子质量。
希格斯玻色子对于该理论至关重要，但其预测质量会受到来自其他基本粒子的量子效应引起的剧烈波动的影响。这些波动可能会将希格斯玻色子的预期质量增加到其他基本粒子应该比实际质量大得多的程度，从而有效地破坏标准模型。理论学家可以从他们的方程式中消除这些波动，但只能通过将希格斯玻色子的质量设置为一个非常精确的值——稍微重一点或轻一点，整个理论体系就会崩溃。许多物理学家对任何需要如此精细的微调才能发挥作用的理论感到不安。
SUSY 为这个“微调”问题提供了一种替代方案。该理论假设每个常规粒子都有一个更重的超对称伙伴，其中许多是不稳定的，并且很少与普通物质相互作用。超对称粒子的量子波动完美地抵消了常规粒子的量子波动，使希格斯玻色子回到可接受的质量范围。
理论学家还发现，SUSY 可以解决其他问题。一些最轻的超对称粒子可能是宇宙学家自 1930 年代以来一直在寻找的难以捉摸的暗物质。尽管暗物质从未被观测到，但根据对星系运动的观测，暗物质约占宇宙中物质的 83%。
SUSY 还可以用于在高能量下将除引力之外的所有力结合成单一力，这是朝着“万物理论”迈出的重要一步，“万物理论”统一并解释了所有已知的物理学——这是科学的终极目标之一。剑桥大学的理论学家本·阿拉纳克说，也许对于一些理论学家来说最重要的是，“SUSY 在数学上非常漂亮。”
法国巴黎南大学的理论学家亚当·法尔科夫斯基说，SUSY 的实用性和数学上的优雅性在其追随者中 instilled 了“宗教般的虔诚”。但对撞机未能找到该理论预测的超粒子的直接证据。例如，伊利诺伊州巴达维亚费米国家加速器实验室的 Tevatron 没有发现质量高达 379 吉电子伏特（在粒子物理学领域，能量和质量可以互换使用）的超对称夸克（“超夸克”）的证据。
大型强子对撞机（LHC）现在正在以更高的能量快速积累数据，排除了超粒子更重的区域。这给 SUSY 带来了严重的问题（参见“SUSY 的中年危机”）。随着超粒子质量的增加，它们不再能完美地抵消它们本应纠正的令人不安的量子波动。理论学家仍然可以使 SUSY 工作，但只能通过假设超粒子具有非常特定的质量——这是该理论旨在避免的那种微调操作。随着大型强子对撞机收集更多数据，SUSY 将需要对粒子的质量进行越来越深入的调整。
到目前为止，大型强子对撞机已将 Tevatron 设定的质量限制提高了一倍，没有显示出能量高达约 700 吉电子伏特的超夸克证据。到今年年底，它将达到 1,000 吉电子伏特——有可能排除超对称理论的一些最受欢迎的变体。
在日内瓦附近的欧洲粒子物理实验室 CERN 的理论学家约翰·埃利斯说，“我不会说我担心”，他研究超对称性已经几十年了。他说，他将等到 2012 年年底——一旦更多高能量运行完成——才放弃 SUSY。法尔科夫斯基是该理论的长期批评者，他认为缺乏探测已经表明 SUSY 已经“死亡”。
意大利比萨大学的理论学家亚历山德罗·斯特鲁米亚说，“私下里，很多人认为情况对 SUSY 不利”，他最近发表了一篇关于大型强子对撞机最新结果对微调问题的影响的论文。“这是我们领域中一个重大的政治问题，”他补充道。“对于一些伟大的物理学家来说，这关系到是获得诺贝尔奖还是承认他们一生都走错了路。” 埃利斯同意道：“我已经研究它将近 30 年了，我可以想象有些人可能会感到有点紧张。”
莱斯特说：“如果我们未能发现 SUSY，很多事情都会改变。” 理论物理学家将不得不回到绘图板，找到解决标准模型问题的替代方法。他补充说，这不一定是坏事：“对于整个粒子物理学来说，这将非常令人兴奋。”