超对称性,再见?

2017-02-13 18:51:47

2017年,超对称性这一理念要么被证实,要么被抛弃

蒂姆·克罗斯(Tim Cross)《经济学人》科学编辑

托马斯·赫胥黎说:“科学的最大悲剧,是用丑恶的事实屠杀美丽的假说。”但这是科学的方法。如果自然提供了某假说有误的明确证据,那么你必须放弃该假说,或者至少修改该假说。毫无疑问,那些与该假说的正确性存在利益关系的人,心里会不舒服。但至少每个人都知道自己的立场是否正确。

然而,在相反的情况下——即自然未否定某假说,但顽固地拒绝提供任何支持该假说的事实——会发生什么?没人知道自己的立场是否正确。物理学领域的一个重要假说——超对称性——正迅速陷入上述境地。超对称性理论认为所有已知的基本物质和能量粒子都存在“超对称性”伴粒子,即“超对称粒子”,此理论试图填补物理理论中的许多漏洞。超对称性理论既简洁又精妙,但仍然没有任何事实支撑。现在看来,这一理论在2017年要么被证实,要么被抛弃。

超对称性不是什么新理念,其现代形式可追溯到1971年。但是,直到最近,没有人对粒子加速器未能发现超对称粒子一事太担心,因为超对称性理论预测,超对称粒子比与其对应的基本粒子更重,因此需要更多能量来生成。对于“更多”能量具体是高多少,不同版本的超对称性理论有不同的说法。但很多版本的超对称性理论都说要“高得多”,当时的机器无法产生如此高的能量。位于日内瓦郊区的欧洲粒子物理实验室——欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)于最近升级,改变了这一状况。该机器于2015年重新开放,如今,其能量之大,足够发现所有简单直接版本的超对称性理论所预测的超对称粒子。

然而,该机器一无所获。2016年,曾有一系列报道称强子对撞机发现了一种新粒子(后被证实是误报),即便如此,也不能表明所谓的新发现是超对称粒子。而且,在随后于哥本哈根举行的会议上,根据理论物理学界一项历史悠久的传统,超对称粒子不存在得到正式承认。打赌称超对称粒子将于2016年6月前被发现的一群科学家,按时将赌注——一瓶白兰地酒交给了与其对赌的一群科学家。

虽然上述赌局已尘埃落定,但是如果超对称粒子能在2017年确实被发现,人人都将欢呼雀跃,而物理学将重新回到解释暗物质(宇宙的组成部分,只能通过其引力效应察觉,可能是由超对称粒子组成)这样的奥秘,以及解释各种自然力量是否本质上是同一事物的不同方面。然而,如果超对称粒子仍然毫无踪影,超对称性理论也将难以为继。

有些改良版的超对称性理论可能使该理念多存活一段时间。举例来说,有一种超对称性理论认为,只有一半的已知粒子具有对应的超对称粒子,而强子对撞机目前尚无力发现这些超对称粒子。但此种狡辩像是绝望之举,与2013年理论物理学界的信心满满形成鲜明对比,彼时,预言已久的希格斯玻色子终于被发现。通常,确定一种理论破产的确切时间,要比确定理论诞生的时间更有难度。然而,除非超对称粒子最终决定现身,否则,历史书可能一致将2017年记载为超对称性理论的破产之日。■

(翻译:熊静,审译:康娟)

蒂姆·克罗斯(Tim Cross)/文
对称性