超越标准模型

超伙伴粒子

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如果说超对称是把费米子和玻色子配成对的那条规则,那么超伙伴粒子就是这条规则所要求的实实在在的额外粒子——给每一个我们已知的粒子配上一个全新的伙伴。把标准模型的成员名册想成一场派对的来宾名单;超对称说,每位来宾都偷偷带来了一位类型相反的“同行者”,超伙伴粒子就是这些同行者。它们一下子就把粒子种类的数目翻了一番。

命名有个简单的小游戏。物质费米子的伙伴是一个玻色子,名字前面加个“超”字:电子的伙伴是超电子(selectron),夸克的是超夸克(squark),顶夸克的是超顶夸克(stop)。传力玻色子的伙伴是一个费米子,名字后面加“微子”二字:光子的伙伴是光微子(photino),胶子的是胶微子(gluino),W 玻色子的是 W 微子(wino)。每个超伙伴带着与其孪生粒子相同的电荷和色荷,自旋恰好相差半个单位——把自旋 1/2 的费米子变成自旋 0 的玻色子,或把自旋 1 的玻色子变成自旋 1/2 的费米子。

超伙伴粒子之所以重要,是因为它们会干实事:它们的量子贡献能驯服希格斯质量,而其中最轻的那个——往往是中性微子(neutralino)——是头号暗物质候选者,因为它若稳定,就会从早期宇宙一直残留至今。一个关键而诚实的要点是:从未观测到哪怕一个超伙伴。对撞机搜寻已在很大范围内排除了较轻、最简单的版本,所以超伙伴仍是一个美丽的假说,至今仍在等待任何直接证据。

“超顶夸克”(顶夸克的超伙伴)被搜寻得最起劲,因为它的量子贡献对稳定希格斯质量的作用最大;大型强子对撞机迄今在远高于一千 GeV 的质量范围内都没有发现它的踪迹。

每个已知粒子都得到一个超伙伴,用前缀“超”或后缀“微子”来命名。

超伙伴与其孪生粒子的差别在于自旋,而不是因为它是“反物质”。反粒子电荷相反、自旋相同;超伙伴电荷相同、自旋不同。这是两个互不相干的概念。

又称
sparticlessupersymmetric partners超对称伙伴超對稱夥伴