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             物理學家們正處在“噩夢”一般的尷尬處境：最新的強子碰撞試驗的結果是：Nothing New！啥新發現都沒有，莫非要被炒魷魚？

歐洲大型強子對撞機（LHC）的物理學家們利用前所未有的高能量發起了對自然基本組成的又一次探索。然而，他們的發現是令人震驚的，因為最終的結論是：沒有任何新發現！

30年前，人們開始設想這一巨大工程時，一定沒有人預料到會有今天這個尷尬的結果。

2015年12月實驗數據中顯示的、轟動學術界一時的“雙光子粒子”在最新的實驗中消失了，這也意味著2015年的“明星粒子”并不是人們期待已久的、可能帶來物理學變革的新基本粒子，而僅僅是統計波動的結果。

實際上，長期以來主導粒子物理的“標準模型”雖然并不完整，對撞機運行了這么多年也沒有找出任何超越標準模型所預測的新粒子。在對撞產生的殘骸中，物理學家沒有找到暗物質的跡象，沒有希格斯玻色子的兄弟姐妹，沒有額外維度存在的痕跡，沒有輕子夸克。

更重要的是，人們苦苦追尋的超對稱粒子也沒有出現。這種粒子能夠剔除標準模型公式的冗余項，并滿足“自然性”，其重要性在于它揭示著我們所在宇宙的運行規律。

“整整30年我們都期待這一天的到來，到頭來卻發現我們當初的預測沒一個是對的，”新澤西州普林斯頓高級研究所的物理學教授尼馬·阿爾卡尼 - 哈米德（Nima Arkani-Hamed）說。

大型強子對撞機（LHC）成環形結構，總長度約為27公里。超環面儀器(ATLAS)和緊湊μ子線圈(CMS)分別坐落在大型強子對撞機的6點鐘方向和12點鐘方向，是大型強子對撞器所配備的七大粒子探測器中的兩臺，每臺探測器的實驗團隊都在3000人以上。

最新升級的對撞機系統可以提供將近升級前2倍的能量。它給碰撞的質子提供高達13萬億電子伏特（TeV）的能量，相當于給單個質子自身13000倍的質量。在如此高能量的碰撞下，物體只能以基本粒子的形式存在。

在過去的三個月里，這兩只探測器團隊日以繼夜的分析著對撞機實驗得到的海量數據，并于日前在芝加哥舉行的國際高能物理大會上發布了這一“毫無新意”的實驗結果，引發一片嘩然。

截止目前，沒有任何新粒子的發現，其中最讓人傷心的是“雙光子粒子”的消失。過去有超過500篇理論物理學論文預測這一粒子的存在，該“光子對”也一度出現在去年13兆電子伏特的試驗結果中。關于雙光子粒子在最新實驗中消失的消息于今年6月初泄露，進而引發了物理學界的“雙光子危機”。

馬里蘭大學的理論物理學家拉曼（Raman Sundrum）表示：“我們一度相信雙光子粒子的出現照亮了粒子物理的未來。然而，一夜之間我們又回到了最初的起點。”

新物理現象的缺失加深了2012年的危機。強子對撞機的第一輪試驗中人們就發現，8TeV的能量不會產生任何超出標準模型預測的新物理現象（那一年發現的希格斯玻色子是標準模型的最后一塊拼圖，而非它的擴展）。

現在仍然有人希望著今年晚些時候，或者明年什么時候就會有新基本粒子的發現來結束這場危機。亦或是隨著統計數據的增加，保不準一些已知粒子的細微變化可以從側面印證新粒子的存在。

然而，越來越多的理論物理學家接受這一次的“噩夢論”，在這一次的強子對撞實驗里，我們什么也沒發現。

一些理論物理學家坦言，現在已經是整個學界需要對“nothing”做出解釋的時候。新基本粒子的缺失一定程度上意味著一直以來我們信以為真的物理學法則可能是不完美的。拉曼說：“人們總是希望用‘自然性’來解釋一切，但或許這次的‘自然性’的缺失才是真正的重大發現”。

繩子的那一頭是什么？

物理學家們之所以認定現在的標準模型并不完整，是因為極為關鍵的希格斯玻色子極為不尋常的質量。在標準模型的方程中，希格斯玻色子與很多其它粒子相耦合。這一耦合場賦予了粒子質量，然后粒子的質量反過來作用于希格斯質量的大小，就像拔河比賽中的你來往。

一些“拔河選手”異常強壯，例如有一些假說粒子，如果加上重力的作用，可以產生高達一億億兆電子伏特的希格斯質量。

然而這種粒子的質量卻只有0.125兆電子伏特。仿佛繩子另一邊也有一位異常強大的競爭者，雙方始終處于平局。這一現象看起來十分詭異，除非我們能解釋為什么競爭的雙方總是勢均力敵。

圖中為加利福尼亞理工學院的瑪利亞女士。圖片拍攝于歐洲強子對撞機CMC檢測器的控制室，她說：“盡管很多人都在討論‘噩夢說’，對于實驗主義著來說，我們不相信宗教，只信事實。”

理論物理學家于19世紀80年代初提出了“超對稱理論”來解釋上述現象。根據超對稱理論，每一個“費米子”，例如電子或夸克等可以增加希格斯質量的粒子，都會有相對應的“玻色子”來抵消希格斯質量的增加。通過這一機制，拔河的競爭者都有一位勢均力敵的對手，希格斯立場處于穩定狀態。

理論物理學家還提出了別的理論來解釋這種平衡，但是超對稱理論似乎更勝一籌：該理論下的三種量子力（電磁力、強力和弱力）在高能量下完美匹配，意味著它們在宇宙形成之初是統一的整體。

該理論還暗示著一種惰性穩定物質的存在，其質量正好與暗物質的質量一致。

“我們早就完全解決了這個問題”，CMC檢測器成員、加利福尼亞理工學院粒子物理學家瑪利亞說：“對于我們這一代人，超對稱理論就是標準的教科書式答案。即便它還沒有被實驗證明，所有人都相信它的存在”。

所以可想而知，當已知粒子的“超對稱搭檔”遲遲沒有出現時人們是多么地驚訝。首先是上世紀90年代的大型正負電子對撞機，之后是90年代及20世紀初的一萬億電子伏加速器，到現如今的強子對撞機。

隨著對撞機的能量越來越高，已知粒子和對應假想超對稱粒子之間的差距也越來越大，因為后者必須擁有更大的質量來躲避探測系統。最終，超對稱機制不再成立，粒子和超對稱粒子的希格斯質量無法抵消，超對稱理論也就無法解決自然性問題。

一些專家認為，我們早已經跨過了導致超對稱理論失效的能量點。另一些對于特定因素設想更為靈活的專家也表示，超對稱理論正在失效，因為ATLAS和CMS排除了質量小于1TeV的標量頂夸克，它是質量為0.137TeV的頂夸克的超對稱粒子。這已經在頂夸克和標量頂夸克的希格斯拔河中造成6倍的不平衡。即使存在大于1TeV的標量頂夸克，它對希格斯子的作用也過強，超出了該理論可以解決的范疇。

“我覺得1TeV是個可以承受的上限了，”歐洲核子研究組織（CERN）的高級研究科學家、比利時安特衛普大學教授阿爾伯特·德洛克（Albert de Roeck）說。

有人說超對稱理論已經夠了，但也有些人覺得這一理論還有可以彌補的漏洞。在標準模型數不清的超對稱擴展理論中，有更為復雜的情況：重于1TeV的標量頂夸克與其對應超對稱粒子一起平衡頂夸克，以此來調節希格斯質量。該理論有很多變形，或是獨立的“模型”，因此完全否定它是幾乎不可能的。

加州大學圣塔芭芭拉分校的物理學家喬·英坎德拉（Joe Incandela）在2012年代表CMS宣布了希格斯玻色子的發現。他說：“如果你看到了什么，你可以直接告訴別人你看到了，不需要想什么模型去解釋。但是如果什么也沒看到，情況就變的復雜很多。”

粒子總是隱藏在各種邊邊角角。例如，如果標量頂夸克和最輕的超中微子（超對稱理論中的暗物質候選者）恰好有接近相同的質量，它們可能至今還隱藏著。這是因為當撞擊產生一個標量頂夸克并衰變出一個超中微子時，只有極小的能量會以動能的形式釋放。

“當標量頂夸克衰變時，即使暗物質粒子就在那里，你也看不到它，”ATLAS成員，紐約大學的凱爾·克萊默（KyleCranmer）解釋到。 在那種情況下，質量小至0.6TeV的標量頂夸克仍有可能隱藏在數不清的數據中。

實驗學家在未來會努力排除這些漏洞，或挖掘隱藏粒子。同時，理論物理學家也做好了在沒有路標的自然界繼續前行的準備。“一切都很混沌，充滿了不確定性，”阿爾卡尼-哈米德說。

新的希望

許多粒子理論學家開始認同一種有點“玄乎”的可能性：希格斯玻色子的質量本身就是非自然性的——它的小質量是宇宙拔河游戲中產生的偶然結果，正好抵消了它的巨大能量。我們之所以觀察到這種奇特現象，是因為我們所生活的宇宙是建立在這種機制上的。

按照這種說法，除了我們現在的宇宙之外，還有許多許多宇宙，每一個宇宙都有隨機的參數設置。我們恰好生活在了小質量希格斯玻色子的宇宙中，也正因為如此才可以形成原子，孕育生命。

不過，這種“玄乎”的解釋顯然不被很多人追捧，因為我們沒辦法驗證它的正確與否。

尼馬·阿爾卡尼 -哈米德是新澤西州普林斯頓高級研究所的物理學教授，他正在與同事討論理論物理學問題。

過去兩年里，一些理論物理學家開始為希格斯子質量尋求新的自然性解釋。他們希望能避免玄乎而不可驗證的假說，又不需要依賴LHC試驗中出現新粒子。

近日，在歐洲核子研究組織，當實驗學家們仍舊忙于分析各類數據時，他們的理論學家同事們正在召開一場研討會來探討一些仍處在萌芽期的新思路以及可能的驗證方法。例如，“松弛假說”（relaxion hypothesis）認為希格斯質量不是由對稱形成的，而是從宇宙誕生初期便一直動態變化形成了今天的樣子。

加州大學圣塔芭芭拉分校的納撒尼爾·克雷格（Nathaniel Craig）從事“中性自然性”（neutral naturalness）的研究。他在CERN研討會接受電話采訪時說道：“既然大家都度過了雙光子危機，現在是時候回歸到那些解決LHC新物理現象缺失的問題上來了。”

阿爾卡尼-哈米德和幾位同事最近提出了一種名為“N自然性”（Nnaturalness）的新理論，他說，“許多理論學家，包括我在內，都感到我們處在一個特殊的時期，我們所面對的不僅僅是下一個可能出現的新粒子的細枝末節，而是真正的宏觀的、結構性的問題。我們非常幸運生活在這樣一個時代，即使我們有生之年可能不會實現什么重大突破。”

當理論學家回歸到他們的黑板上時，CMS和ATLAS的6000多名實驗學家正在為向未知領域的探索而歡欣鼓舞。“什么是噩夢？”，斯皮羅普盧在提到理論學家對“噩夢論”的恐慌時說：“我們在探索自然。有這么多的數據要處理，每天興奮而忙碌著，我們可沒有時間去考慮這樣那樣的噩夢。”

新物理仍有可能出現。但是在斯皮羅普盧看來，沒有發現也是一種發現，尤其當它宣告了一項多年來備受追捧的理論的死亡。“實驗物理學家們沒有宗教，”她說。

一些理論物理學家也同意，現在就討論失望還為時過早。阿爾卡尼-哈米德說：“這就是自然，我們不斷探索未知，尋求答案！6000多人正忙得四腳朝天，你還有理由像個小孩一樣，沒得到想要的棒棒糖就要撅噘嘴么？”