超對稱玩完了？

數十年來，物理學家一直醉心於超對稱這個美麗的理論，並相信超對稱能夠引領他們對於量子世界有更深刻的理解。現在他們來到了十字路口：如果不能在未來幾年內證明超對稱是正確的，就得面對劃時代的典範轉移。

重點提要 

■物理學家喜歡極其美妙的超對稱，因為超對稱可以解決他們想進一步了解量子力學時遇到的問題，也可能解決宇宙中懸而未決的暗物質之謎。 

■超對稱假設，每個已知的粒子都有個相伴的超伴子，但至今還未發現任何一個超伴子。 

■物理學家希望在大強子對撞機（LHC）的實驗中發現超對稱的證據，然而尚未成功。如果LHC在下一輪運轉時還是看不到證據，超對稱就麻煩大了。 

■找不到超伴子成了物理學的危機，迫使研究人員質疑數十年以來依賴的假設。

當我們在美國加州理工學院辦公室裡喝著第三杯濃縮咖啡時，與瑞士日內瓦附近歐洲核子研究組織（CERN）實驗室的視訊也連線上了，那時正是2012年夏季的某個清晨。我們在螢幕上看到「剃刀」（Razor）小組的同事，這個團隊是分析緊緻緲子螺管偵測器（CMS）實驗數據的團隊之一，而CMS是CERN大強子對撞機（LHC）的兩座偵測器之一。剃刀小組的任務是尋找那些能夠證實超對稱理論的特殊碰撞事件，這個發展至今已有45年的物質理論可以取代粒子物理的標準理論、解決物理學中的深刻問題，並解釋宇宙中神秘暗物質的本質。但經過幾十年的搜尋，物理學家仍未發現任何超對稱的實驗證據。

CERN的剃刀小組組長皮瑞尼（Maurizio Pierini）展示了一張新的數據圖，而在九個時區之外的我們可以看到房間內每個人的驚訝神情，這表示出現了異常狀況。皮瑞尼沉穩地說：「大夥必須察看一下這個事例。」他所謂的「事例」指的是LHC產生的數兆次質子–質子對撞中的某次特定對撞。幾分鐘內，我們就從筆記型電腦中看到了這次碰撞事例的完整記錄。

超對稱是一個極其美妙的解，解決的是困擾物理學家長達40年的深刻問題。它回答了一連串重要的「為什麼」：為什麼粒子有它們所具有的質量？為什麼交互作用有各自的強度？簡而言之：為什麼宇宙是這個模樣？此外，超對稱還預測，宇宙充滿了至今還沒發現的「超伴子」粒子，這些粒子可以解決暗物質之謎。如果說「世界上多數粒子物理學家相信超對稱必定是正確的」，一點也不誇張，因為這個理論太令人信服了。這些物理學家長久以來的期盼是：LHC終究會發現這些超伴子，證明超對稱是實際描述宇宙的明確證據。

當我們把這個有趣的碰撞事例拿出來檢查時，就馬上看出它似乎正是超對稱的證據，因為有兩群非常高能量的粒子往一個方向跑，顯然是從某個隱形粒子反彈出來的，或許這個隱形粒子是個超伴子？不過我們也立即在實驗數據圖中注意到一個很大的紅色尖峰，難道之前看到的只不過是偵測器失常而產生的假訊號？後來我們發現確實如此，這是在尋找超對稱似乎無止盡的過程中，再一次令人失望的例子。

的確，LHC第一輪運轉的實驗數據幾乎排除了所有最看好、研究最澈底的超對稱理論版本，這些負面的結果就算沒有在粒子物理中導致全面性的危機，也引發了廣泛的驚慌。LHC將在2015年初以原始設計的最高能量開始下一輪運轉，這可以讓超導環場探測器（ATLAS）與CMS的兩群實驗團隊去找出（或排除）更重的超伴子。如果在那輪運轉之後，物理學家還是沒有發現新粒子，基礎物理就來到了十字路口：要不就因為找不到大自然會依循我們的規則行事的證據，而放棄一整個世代的研究；要不就堅持下去，然後期盼有一天，一座更大的對撞機終將發現超對稱的概念其實還是行得通的證據。

當然，科學史中有很多經歷很長時間的研究之後才獲得成功的例子，不久之前LHC發現追尋已久的希格斯粒子即是一例。但是目前多數粒子理論學家還是坐立不安，因為他們在過去半世紀建立起來的巨大理論殿堂，其基礎將受到LHC數據的檢驗。