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大型强子对撞机的实验结果可能宣判了超对称模型的死刑

  实验至今,如果超对称理论正确,人们应该已经找到一些蛛丝马迹,但是实际上并没有发生这种情况,这让这一理论面临危机

  北京时间8月30日消息,大型强子对撞机(LHC)的试验结果似乎已经将亚原子粒子理论中的一种最简单版本:超对称理论排除。

  研究人员在试验中未能找到所谓的“超对称”粒子。日本粒子物理学家宮沢弘成最早于1966年首次提出超对称理论,当时是为了补充标准模型中的一些漏洞。它描述了费米子和玻色子之间的对称性,认为每种费米子都应有一种玻色子与之配对,反之亦然。一旦被证实,它将有助于统一自然界的基本作用力,并帮助解释宇宙中存在的暗物质问题。

  而现在,从事这项工作的物理学家们告诉BBC记者说,物理学界今后可能需要重新构建一套全新的理论。有关的数据已经被提交正在印度孟买举行的国际轻子和光子国际会议。

  这项实验是在LHCb设备上进行的,这一设备是安装在瑞士-法国边境的欧洲核子研究中心(CERN)的这台大型对撞机环路中的4台大型探测设备之一。英国利物浦大学的塔拉·希尔斯(Tara Shears)博士是这一设备工作组的发言人,他说:“实验的结果已经将超对称理论置于聚光灯下。”

  在实验中,物理学家们试图以前所未有的精度观察B介子的衰变情况。如果超对称粒子果真存在,那么B介子的衰变频率将要比它们不存在的情况下高得多。除此之外,如果超对称粒子存在,它们的物质和反物质版本粒子衰变时表现的差异也应当要更大一些。

  科学界渴盼了解这项实验的结果,尤其是在美国费米实验室质子—反质子对撞机(Tevatron)得到的结果似乎暗示B介子的衰变确实受到超对称粒子影响的结果之后,科学界就更加需要某种证实或澄清的结果出现。然而,在对数据进行深入分析之后,LHC的科研人员报告他们未能找到任何有关超对称粒子的蛛丝马迹。

  轰然倒下

  LHCb实验未能找到超对称粒子存在的间接证据,加上之前LHC的另外两台大型探测器也未能探测到超对称粒子的现实,事实上已经宣布了这种理论的死刑。

  超对称理论的最简单描述就是,除了我们所熟知的亚原子粒子,还存在超对称粒子,它们和常规的亚原子粒子非常相似,仅有一些细微的特征上的差异。这种理论将帮助我们解释为何宇宙中会存在远比我们能观察到的物质量多得多的“看不见”的物质,即暗物质。

  根据LHC实验工作组成员,伦敦帝国学院的约旦·纳什(Jordan Nash)教授的说法,实验进行至今,我们应当已经观察到一些超对称粒子的线索了。他说:“我们至今未能找到任何直接或间接的证据证明这一理论,这说明要么我们对这一理论的理解是不全面的,要么它的本质和我们所想还存在差异,再或者就是这种粒子根本就不存在。”说出最后这句话时,纳什教授满脸失望。

  另外,这一消息的宣布时间对于这一理论的拥护者们而言也简直糟透了,他们正准备本周末在美国芝加哥附近的费米实验室召开超对称理论的年度国际会议。费米实验室的约瑟夫·林肯(Joseph Lykken),是此次会议的组织者之一,他说他和这一领域的其他专家对于这一结果感到“失望”,另外对于没有邀请他们参与这一实验项目感到失望。

  他说:“我们的讨论中掺杂了一些忧虑的情绪。”这种忧虑情绪简单来说就是:超对称理论可能从本质上来说就是错误的。他说:“这是一个优美的理论。它可以帮助我们解释暗物质的存在,它可以解释希格斯-波色子的存在,它可以解释宇宙的一些性质。但这一切并不能证明它就是正确的。有可能的情况是:这一理论的整个基本框架都存在严重的缺陷,我们将需要整个推倒重来,试着找出一个新的方向。”

  年轻人的崛起

  在大型强子对撞机(LHC)设施工作的实验物理学家们,如纳什教授和他的同事们,正在将理论物理学家们逼向墙角,迫使他们重新思考他们之前的工作。

  纳什教授说:“在过去的20多年间,理论物理学家们一直是走在我们实验物理学家前面的。他们会提出一个理论,然后对我们说‘好了,现在你们去做实验看一下这个结果吧!’而这一次我们终于跑到了他们前头,现在轮到他们去抓耳挠腮了!”

  而紧张的还并不仅仅是研究超对称理论的理论物理学家。与之相似的理论还有很多,只是描述起来更加复杂一些,这些理论暂时还尚未被LHC实验设备排除。根据这些更加复杂的理论模型,这些“超粒子”的发现难度可能更大,或许需要数年时间才能得到结果。

  有趣的一幕是,当年和超对称理论同时代的一些“陈旧”的理论现在又再一次开始活跃,因为当年压制它们风头的超对称理论现在正面临危机。根据林肯教授的说法,一些年轻的理论物理学家已经开始尝试构建某种全新的理论,因为他们认为超对称理论已经“过时”了。

  他说:“年轻一辈的理论物理学家们其实非常希望超对称理论是错误的,这样就说明真相还没有被找到,他们就还有机会去找出这一真相,而不是只能面对老一辈物理学家们的成果。”

  并且这些大胆的年轻人也得到了一些德高望重的老前辈的支持和鼓励。例如乔治·斯穆特(George Smoot)教授,他曾经因为他在宇宙微波背景辐射方面的工作而被授予诺贝尔奖,是目前全世界最受人尊敬的顶尖物理学家之一。他说:“超对称理论是一个极其优美的模型。它拥有对称,非常完美。在欧洲我们已经将其作为一种正确的理论教授了数十年,但是事实上确实并没有任何实验数据来支持它的观点。”(晨风)

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channelId 1 1 大型强子对撞机实验未找到超对称粒子(图) 1 而现在,从事这项工作的物理学家们告诉BBC记者说,物理学界今后可能需要重新构建一套全新的理论。有关的数据已经被提交正在印度孟买举行的国际轻子和光子国际会议