粒子物理学的做法

粒子物理学的标准模型收集了构成物质的所有基本粒子及其相互作用。不过，这个模型刚完成时，并非所有粒子都已被测量到，但一个接一个的实验填补了这些空白。1983 年欧洲核子研究中心发现了 W 和 Z 玻色子，1995 年费米实验室发现了顶夸克，最后一个是 2012 年在欧洲核子研究中心发现的希格斯玻色子，它是标准模型棺材上的最后一个钉子。

但是，粒子物理学家相信还有更多的东西等待发现。早在 1970 年代，他们就表示标准模型不够好，因为它包含了三个不同的基本力，即电磁力、强力和弱力，粒子物理学家希望将它们统一为一种力。将这三种力结合起来的更好的理论被称为大统一理论，我们可以通过假设比标准模型更大的对称性来获得该理论。大统一理论在已经测试过的范围内再现了标准模型，但在未经测试的范围内出现了偏差。

我想说的是，大统一理论在当时是一个合理的尝试，因为对称原理在过去的物理学中运作良好。标准模型本身是从对称原理中诞生的，即使爱因斯坦本人不使用对称论证，我们今天仍将他的理论理解为某些对称性的实现。但这一次，更多的对称性不起作用。

大统一理论做出预测，原子核的组成部分之一质子是不稳定的。从 1980 年代开始，一直有实验在寻找质子衰变，但我们却始终没看到这种情况发生。这排除了大统一理论的几个模型，但也有一些模型为了与实验结果兼容，选择添加更复杂的成分。

接下来的问题是轴子，标准模型包含了一些必须通过实验确定的参数，其中一个被称为 θ 参数，实验发现它为零或小到与零无法区分。如果它不为零，则强力将违反 CP 对称性。但标准模型又没有强制它为零，所以粒子物理学家添加了一种机制，允许这个参数存在较小的值，但这种修改的结果是存在一种新粒子，它称为轴子。

不幸的是，事实证明轴子并不存在。如果轴子存在，中子星会很快冷却，而我们可以观测到这一现象。有了这一论点，最终轴子在 1980 被实验排除。但物理学家并没有放弃轴子，他们更改了理论，从而避开了该实验的限制。1981 年，新型轴子被推出，现在仍有许多实验在继续寻找这些看不见的轴子。

粒子物理学家在 1970 年代提出的另一个有缺陷的想法是超对称。超对称假设标准模型中的所有粒子都有一个伙伴粒子。不过这个想法在提出时就失败了，因为这些伙伴粒子与它们所属的标准模型的粒子具有相同质量。如果它们存在，它们就会出现在第一批粒子对撞机中。但它们并没有出现，因此超对称性被立即进行了修改，以便伙伴粒子具有更高的质量。产生重粒子需要高能量，所以需要更大的粒子对撞机才能看到它们。

1990 年代，第一个超对称模型做出的预测在欧洲核子研究中心的大型电子正电子对撞机上进行了测试，然后这些预测马上被证伪了。超对称再次被修改，然后又被更大的对撞机给否定。就这样，物理学家继续修改这些超对称模型，以免与新数据发生冲突。

本文来自微信公众号：万象经验 （ID：UR4351），作者：Eugene Wang