物理学有一个最终目标:找到一些相关的基础理论,然后结合在一起形成一个万物理论。到目前为止,我们最接近万物理论的是粒子物理学的标准模型,这个理论背后的方程式是我们在物理学中所拥有的最准确的方程式。但是,还有很多东西是理论无法解释,比如暗物质、暗能量和引力的量子理论。
有一个理论思想,许多人认为可以让我们更接近万物理论,并可以填补标准模型的几个空白。这个理论被称为超对称,它是物质粒子和携带力的粒子通过一种新的对称性连接的想法。尽管没有实验证实这种对称性,但它仍然很重要,因为在物理学中,对称性可以被打破,超对称性被打破仍然可以解释很多事情。
如果超对称性是真的,它可以解决我们目前对宇宙理解中的几个问题。例如,它可以解释希格斯玻色子的质量为什么那么小,它可以将三种基本力结合起来:电磁力、强力、弱力,它可以为难以捉摸的暗物质粒子提供完美的候选者。
超对称(SUSY)是标准模型中物质粒子(费米子)和力粒子(玻色子)之间的对称性,这两种粒子之间的主要区别是自旋。标准模型中费米子的自旋为1/2,而标准模型中所有玻色子的自旋为0或1。费米子遵循的规则是,它们不能在同一时间以相同的自旋处于同一位置,这就是泡利不相容原理。但这个规则不适用于玻色子,因为许多相同的玻色子可以出现在同一位置。
超对称理论虽然有许多不同的版本,但其基本概念都一样:每个粒子都有一个镜像粒子或超对称对应粒子。每个镜像粒子都是相反类型的,例如费米子的镜像粒子都是玻色子,同样玻色子的镜像粒子都是费米子。通过超对称的这个简单概念,我们可以为标准模型带来平衡,这样我们就有了与相同数量的玻色子和费米子。
早在80年代,物理学家就已经开始注意到标准模型的一些问题。一般来说,超对称将解决三个问题:一是它可以解决希格斯玻色子的低质量问题,二是它可以统一三个基本力——电磁力、强力和弱力,三是它提供了暗物质的解决方案。