编者按：以下文章经许可转载自The Conversation，这是一个涵盖最新研究的在线出版物。
作者：哈里·克里夫，剑桥大学
2013年诺贝尔物理学奖授予了弗朗索瓦·恩格勒和彼得·希格斯，以表彰他们解释亚原子粒子为何具有质量的工作。他们预测了希格斯玻色子的存在，这是一种基本粒子，去年由欧洲核子研究中心的大型强子对撞机进行的实验证实。
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但今天的庆祝活动掩盖了物理学家日益增长的焦虑。希格斯玻色子的发现无疑是一项胜利，但许多人指出，它并没有让我们更接近解决基础科学中一些最令人困扰的问题。
一位资深物理学家甚至告诉我，他对“发现希格斯玻色子完全不兴奋”。尽管这不是典型的反应，但这一发现可能会结束20世纪物理学的一章，而没有一丝迹象表明如何开始书写下一页。
直到去年7月，大型强子对撞机（LHC）的物理学家宣布了它的发现，希格斯玻色子仍然是粒子物理学标准模型中最后缺失的一块，该模型以惊人的准确性描述了构成我们所居住世界的所有粒子。标准模型通过了所有实验测试，并且取得显著成绩，但仍然存在一些相当令人尴尬的漏洞。
根据天文测量，标准模型描述的构成恒星、行星并最终构成我们的物质，仅占宇宙的一小部分。我们似乎是漂浮在由暗物质和暗能量组成的隐形海洋上的薄薄一层泡沫，而我们对它们几乎一无所知。
更糟糕的是，根据标准模型，我们根本不应该存在。该理论预测，在大爆炸之后，等量的物质和反物质应该相互湮灭，留下一个空无一物的宇宙。
这两个都是很好的科学理由，让我们怀疑标准模型是否是物理定律的终结。但是，还有另一个美学原则导致许多物理学家怀疑它的完整性——“自然性”原则。
标准模型被认为是一个高度“不自然”的理论。除了有大量不同的粒子和力，其中许多似乎是多余的之外，它还非常不稳定。如果您稍微改变必须输入理论的20多个数字中的任何一个，您会很快发现自己生活在一个没有原子的宇宙中。这种诡异的微调让许多物理学家感到担忧，让宇宙看起来好像是为了生命存在而以恰当的方式建立起来的。
希格斯玻色子为我们提供了最严重的非自然微调案例之一。20世纪一个令人惊讶的发现是，人们意识到空的空间远非空虚。事实上，真空是一个由隐形的“虚拟”粒子组成的沸腾汤，它们不断地出现和消失。
传统的观点认为，当希格斯玻色子穿过真空时，它会与这种虚拟粒子汤相互作用，而这种相互作用会将其质量驱动到一个绝对巨大的值——可能高达大型强子对撞机测量的质量的一亿亿倍。
理论家试图通过提出标准模型的扩展来驯服不守规矩的希格斯质量。其中最流行的是“超对称性”，它为标准模型中的每个粒子引入了一个更重的超粒子或“超对称粒子”。这些超对称粒子抵消了真空中虚拟粒子的影响，将希格斯质量降低到一个合理的数值，并消除了任何令人不快的微调的需要。
超对称性还有其他一些特性，使其在物理学家中很受欢迎。它最好的卖点也许是，其中一个超对称粒子为构成宇宙大约四分之一的神秘暗物质提供了一个简洁的解释。
虽然发现希格斯玻色子可能是建造27公里的大型强子对撞机（LHC）的主要原因，但大多数物理学家真正等待的是一些新事物的迹象。正如希格斯本人在去年发现后不久所说的那样，“[希格斯玻色子]不是大型强子对撞机正在寻找的最有趣的东西”。
然而，到目前为止，大型强子对撞机什么也没发现。
如果超对称性确实负责保持希格斯玻色子的质量较低，那么超对称粒子应该在能量不高于大型强子对撞机发现希格斯玻色子的能量处出现。事实上，什么也没发现已经排除了许多流行的超对称形式。
这导致一些理论家完全放弃了自然性。一个相对较新的想法，被称为“分裂超对称性”，它接受希格斯质量的微调，但保留了超对称性的其他优点，例如暗物质粒子。
这听起来可能是一个技术差异，但对我们宇宙的本质的含义是深刻的。论点是，我们生活在一个经过微调的宇宙中，因为它恰好是有效无限多个不同宇宙中的一个，每个宇宙都有不同的物理定律。自然常数之所以如此，是因为如果它们不同，原子就无法形成，因此我们就不会存在并思考它们。
这种人择论论点部分受到弦理论发展的推动，弦理论是一种潜在的“万物理论”，它有大量（大约 10500）不同的可能宇宙，具有不同的物理定律。（如此庞大的宇宙数量通常被用来批评弦理论，有时被嘲笑为“其他一切的理论”，因为到目前为止还没有人找到对应于我们所居住宇宙的解决方案。）然而，如果分裂超对称性是正确的，那么大型强子对撞机缺乏新的物理学可能就是弦理论预期的多重宇宙存在的间接证据。
所有这些对大型强子对撞机来说都可能是相当坏的消息。如果自然性之战失败了，那么就没有理由认为新的粒子必须在未来几年内出现。一些物理学家正在呼吁建造一个更大的对撞机，其长度是大型强子对撞机的四倍，功率是大型强子对撞机的七倍。
这个巨型对撞机可以用来一劳永逸地解决这个问题，但很难想象这样的机器会得到批准，特别是如果大型强子对撞机未能发现希格斯玻色子以外的任何东西。
我们正处于粒子物理学的关键时刻。也许在2015年大型强子对撞机重新启动后，它会发现新的粒子，自然性将得以幸存，粒子物理学家将继续从事该行业。我们有理由保持乐观。毕竟，我们知道一定有某种新东西可以解释暗物质，而且大型强子对撞机很有可能会找到它。
但也许，仅仅是也许，大型强子对撞机将一无所获。希格斯玻色子可能是粒子物理学的绝唱，加速器时代的最后一个粒子。尽管这对实验主义者来说是一个令人担忧的可能性，但这样的结果可能会导致我们对宇宙以及我们在宇宙中的地位的理解发生深刻的转变。
哈里·克里夫隶属于剑桥大学、欧洲核子研究中心和大型强子对撞机实验。
本文最初发表于The Conversation。阅读原文。