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天文在线|为何相对于其他力万有引力这么小—理论物理史中悬而未决的难题( 二 )


有四种可行的方法来解决级列问题 。 好消息是 ， 如果这些解决方案中的任何一个是大自然选择的 ， 大型强子对撞机就可以找到它！（如果没有 ， 则需要继续搜索新的解决办法）

天文在线|为何相对于其他力万有引力这么小—理论物理史中悬而未决的难题
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图片来源:CMS合作 ， “希格斯玻色子双光子衰变的观测及其性质的测量” ， (2014) 。
除了三年前宣布发现的单个希格斯玻色子外 ， 大型强子对撞机没有再发现新的基本粒子 。 (不仅如此 ， 也没有令人信服的新候选粒子出现 。 )此外 ， 发现的粒子与标准模型希格斯粒子完全一致;没有显著的统计结果有力地表明 ， 在标准模型之外还观察到了任何新的模型 。 对一个合成的希格斯粒子来说不是 ， 对多个希格斯粒子来说不是 ， 对非标准模型式的衰变来说不是 ， 对任何这类的东西都不是 。
但我们开始尝试以更高的能量观测 ， 从只有一半的能量到13/14 电压 ， 试图找出更多的能量 。 考虑到这一点 ， 我们准备探索的层次结构问题有哪些可能的、合理的解决方案
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天文在线|为何相对于其他力万有引力这么小—理论物理史中悬而未决的难题
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图片来源：汉堡的黛西 。
1) 。 超对称性 ， 简称SUSY 。 超对称性是一种特殊的对称性 ， 它会导致任何粒子的正常质量——这些粒子的质量足够大足够大 ， 以至于重力的强度与其他力相当——被抵消 ， 且能达到很高的精度 。 对称性还意味着 ， 标准模型中的每个粒子都有一个超粒子伙伴 ， 并且(未显示)有5个希格斯粒子(为什么会有5个希格斯粒子)和5个希格斯超级伙伴 。 如果这种对称性存在 ， 那么它一定是被打破了 。 否则超伴星的质量就会和正常粒子的质量完全一样 ， 我们早就发现它们了 。
如果SUSY要以适当的规模存在以解决等级问题 ， LHC一旦达到14 TeV的全部能量 ， 我们就应该至少找到一个超级伴侣 ， 以及至少第二个希格斯粒子 。 否则 ， 超级合作伙伴的存在将会产生另一个令人困惑的等级问题 ， 一个没有好的解决方案的问题 。 (对于那些想知道的人来说 ， SUSY粒子在所有能量下的缺失将足以使弦理论失效 ， 因为超对称性是包含粒子标准模型的弦理论的一个必要条件 。 )
这是第一个可能解决层级问题的方法 ， 目前还没有证据支持它 。

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图片来源:J.R. 安徒生等人(2011) ， 关于LHC发现彩色颗粒的第一份黑色报告 。
2.）技彩力 ， Technicolor 。 这不是20世纪50年代的卡通;技彩力是一个术语 ， 指那些需要新的规范相互作用的物理学理论 ， 以及那些既没有希格斯粒子 ， 也没有不稳定/不可观测(即不存在希格斯粒子)希格斯粒子的理论 。 如果技彩力是正确的 ， 它还需要大量有趣的可观测粒子 。 虽然这在原则上可能是一个合理的解决方案 ， 但这一发现的希格斯介子在合适的能量下似乎是一个基本的、自旋为0的标量 ， 似乎使这个层次结构问题的可能解决方案无效 。 唯一的解决办法是 ， 如果希格斯玻色子被证明不是一个基本粒子 ， 而是一个由其他更基本的粒子组成的复合粒子 。 大型强子对撞机(LHC)即将以13/14 TeV的增强型能量进行全面运行 ， 这应该足以让我们一探究竟 。
还有另外两种可能性 ， 其中一种更有希望 ， 这两种都涉及到额外维度 。

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图片来源:Flip Tanedo 。
3.）扭曲的额外维度 。 这个理论由前面提到的丽莎·蓝道尔和拉曼·桑卓姆提出 ， 他们认为与在三维宇宙不同 ， 在另一个维度引力和其他力一样强大 。 在一个与三维宇宙不同的维度中 ， 它与我们自己的宇宙在第四维度的距离只有10^(31)米 。 (或者 ， 如上图所示 ， 在第五维度中 ， 一旦包含了时间 。 )这很有趣 ， 因为它是稳定的且可以提供一个比较合理的解释 ， 解释为什么我们的宇宙在一开始膨胀得如此之快(扭曲的时空可以做到这一点) ， 所以它比较令人信服 。


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