超對稱

標準模型把世界一分為二：費米子，也就是拒絕共享同一狀態的物質粒子；以及玻色子，也就是樂於堆疊在一起的力的粒子。超對稱主張這道分界並非基本，而是一個被破缺的對稱——每個費米子都有一個玻色子夥伴、每個玻色子都有一個費米子夥伴，兩者由一個交換這兩個家族的對稱相關聯。它是標準模型之外物理最被深入研究的構想，優雅到主宰理論粒子物理數十年，然而至今完全未被實驗證實。

超對稱（常縮寫為 SUSY）是一個被提出的對稱，關聯自旋相差二分之一的粒子——費米子與玻色子。每個已知粒子都會有一個超夥伴：電子有純量的「超電子」（selectron）、夸克有「超夸克」（squark）、光子有「光微子」（photino），依此類推，夥伴的命名是在費米子前加 s、或在玻色子後加 -ino。在數學上，它以把費米子變成玻色子再變回來的生成元，擴展了相對論的時空對稱（龐加萊群），而這是唯一自洽的做法。若對稱是精確的，超夥伴會與其夥伴質量相等；既然沒看到這樣的夥伴，超對稱就必須被破缺，把超夥伴的質量推高，大概到 TeV 尺度或更高。

為什麼要認真看待它？超對稱一次提供三份獎賞。它馴服階層問題（hierarchy problem）——即希格斯質量為何沒有被量子修正拖高到巨大數值之謎——因為一個粒子與它的超夥伴的貢獻互相抵消。它提供了一個天然的暗物質候選者：最輕、穩定的超夥伴。而它讓標準模型的三個力耦合幾乎恰好在單一高能量處交會，暗示著大一統。誠實的問題是：在大型強子對撞機廣泛搜尋之後，沒有任何超夥伴現身，這排除了最簡單的版本，把其餘版本推入越來越需要微調的角落。超對稱仍是一個美麗、有充分動機、卻未被證實的假說。