未解问题与前沿

本领域的现状

从一个个具体的谜里退后一步,直截了当地问一句:粒子物理眼下究竟处在什么位置?诚实的回答是一幅充满反差的图景。一方面,标准模型是科学史上被检验得最精密的理论,准确到许多位小数都对得上,并以 2012 年发现希格斯玻色子——它所预言的最后一块拼图——为加冕。另一方面,我们确凿地知道它并不完整——而尽管投入了巨大的努力,至今没有任何实验给出过一个被确认、可重复的、标准模型之外的物理信号。

这句话的两半都被牢牢确立。标准模型的胜利是真实的:它在 W、Z 和希格斯玻色子被找到之前就预言了它们,它把电子的磁性质钉到了优于万亿分之一的精度,而实验室里测到的任何东西都从未明确地与它相抵触。然而它显然不可能是故事的全部,因为它给不出暗物质粒子、解释不了物质—反物质的失衡、在其原始形式里给不出中微子质量的起源,而且对引力压根只字未提。于是我们手里这套理论,既惊人地成功、又肯定不是终极。那些时隐时现的反常——缪子的摇晃、味比值——耐人寻味,但截至目前,没有哪一个越过了成为“发现”的门槛。

这是一个不寻常、也有几分令人不安的时刻。在二十世纪的大部分时间里,每一台新加速器都带来一长串崭新的粒子;而今天的能量前沿,迄今为止只找到了希格斯,几乎没有别的新东西。这促使人们老老实实地反省这个领域的指导性假设,尤其是自然性,并在策略上转向精度、中微子、暗物质搜寻与计算。任何一份负责任的叙述都必须包含的坦诚总结是:截至目前,没有任何被确认的、标准模型之外的物理。我们能看见的那些裂缝——暗物质、中微子质量、宇宙的物质盈余——告诉我们新物理必定存在,但到哪里去找它,仍是那个最大的悬而未决之问。

标准模型预言了电子的磁矩,而实验把它确认到优于万亿分之一的精度——这也许是全部科学中理论与测量最精确的一次相符。然而同一套理论,却说不出宇宙的大部分究竟由什么构成。

标准模型:在实验室里被惊人地确认,可在宇宙尺度上又肯定不完整。

要警惕那些把任何单个反常说成是新物理“发现”的叙述。准确的说法是:截至目前,没有任何被确认、可重复的、标准模型之外的物理信号——尽管我们从宇宙学和中微子知道,这样的物理必定存在。

又称
where particle physics standsno confirmed BSM yet粒子物理的现状