物理学最前沿，对超对称粒子的探索

芝加哥大学的一组研究人员最近开始了对生命的研究——或者更确切地说，是对超对称长寿粒子寿命的研究。超对称理论是粒子物理学标准模型的扩展理论。与元素周期表类似，标准模型是我们对自然界亚原子粒子和作用于它们的力的最好描述。

但是物理学家知道这个模型是不完整的——例如，它没有给引力或暗物质留出空间。超对称的目标是通过将每一个标准模型粒子与超对称粒子配对，从而开启了一种新的假设粒子来检测。在一项新的研究中，芝加哥大学的物理学家们发现了这些超对称粒子（如果它们存在的话）可能具有的局限性。

“超对称确实是我们拥有的最有前途的理论，可以解决标准模型中尽可能多的问题，”田纳西大学诺克斯维尔分校助理教授托瓦·霍姆斯说。

位于欧洲核子研究中心的大型强子对撞机（LHC）在迫使质子碰撞之前，将其加速到接近光速。这些质子-质子碰撞产生了大量的额外粒子，研究人员希望在这些粒子上发现新的物理学。

“但在大型强子对撞机中，新的物理事件极其罕见，很难在碰撞粒子的碎片中识别，”芝加哥大学物理系主任金永基教授说，他也是这项研究的合著者。

芝加哥大学的研究小组利用欧洲核子研究中心的粒子探测器ATLAS收集的数据，研究了“伴轻子”的产生（假设存在的电子、介子和轻子的超对称伙伴）。在经过测试的超对称模型中，从理论上讲，伴轻子具有较长的寿命，这意味着它们可以在衰变成ATLAS能探测到的物体之前飞行很远。

“我们可能错过新物理学的一种方式是，粒子在产生时没有迅速衰变，”霍姆斯说。“通常，在我们的搜索过程中，我们看不到长寿命的粒子，因为在我们的探测器中，我们基本上会剔除任何看起来不像是标准的快速衰变的粒子。”

预计伴轻子最终会衰变为它们正常的轻子伙伴。但与传统的衰变不同，这些轻子将被取代，这意味着它们不会指向最初的质子-质子碰撞点。物理学家们一直在寻找的就是这种独特的特征。

“我们至少有95%的把握认为，如果这个模型中存在伴轻子，那么它就不会有质量和寿命，”莱斯亚·霍林说，她是芝加哥大学的博士。知道了长寿的伴轻子没有一定的质量和寿命，这就告诉了研究人员未来搜索的重点。

这个结果激励了科学进一步突破界限。在未来十年的某个时候，大型强子对撞机将进入周期性关闭状态，为ATLAS的硬件升级留下充足的时间。未来的步骤可能包括使用大型强子对撞机下一阶段运行的更可靠数据来寻找相同的模型，将对长寿粒子的研究扩展到伴轻子之外。

目前，标准模型的完成仍是一个谜，但该团队很自豪地领导了在ATLAS中首次寻找超对称模型的工作。发现新的物理学就像大海捞针，虽然我们在目前的数据中没有看到任何东西，但未来有很大的机会！