我说希格斯玻色子是昨日黄花，并非不敬。从某种意义上说，这恰恰是获得诺贝尔奖资格的定义：一项发现已经确立了其持久的重要性，并为更深刻的见解指明了方向。彼得·希格斯和他的诺奖共同得主弗朗索瓦·恩格勒的基础性论文发表于1964年——将近半个世纪前。（其他几位研究人员也在同一时期对这项工作做出了贡献，但未被今年的诺贝尔奖所承认。）
大型强子对撞机中模拟的粒子事件显示了一个“超对称事件”——一个长期寻求的基础物理学统一的迹象。（图片由加州大学圣地亚哥分校/CMS的Matevz Tadel提供）到2012年，研究人员在大型强子对撞机（LHC）发现了希格斯玻色子的有力证据时，几乎所有物理学家都预料到了它的存在；真正令人震惊的会是没找到它。希格斯玻色子是粒子物理学标准模型的最后一块拼图，这个模型被广泛接受，以至于它的正式名称就叫——不开玩笑——标准模型。如同所有开创性发现一样，现在最有趣的是它将引领我们走向何方。为此，我请教了我所认识的最有思想、最善于表达的粒子物理学家之一，费米实验室的约瑟夫·利肯。利肯期待着希格斯之后的两大相互关联的发现：超对称和暗物质。超对称是一个将标准模型中两种截然不同的粒子（即费米子和玻色子）联系起来的模型，旨在揭示两者之间潜在的统一性。该理论一个令人欣喜的副产品是，它还预测了一整类未被发现的粒子，称为超对称粒子，其中一些粒子的预测属性与我们对暗物质的（少量）了解非常吻合。所以，这就是目前为升级而关闭的LHC在2015年重启后的下一个目标：让所有物理学看起来整洁而平衡，并发现宇宙中缺失的大部分物质。不算太差劲。以下是我与利肯对话的节选。[在Twitter上关注我：@coreyspowell] 你如何寻找超对称粒子——这些你甚至无法直接探测到的东西？ 利肯：幸运的是，我们已经有一种粒子，LHC可以大量制造但我们看不见，那就是中微子。所以我们有办法检验我们寻找隐形物质的能力。唯一的区别在于，中微子很轻，而我们预期的暗物质粒子相当重，尽管我们并不确定。但是，例如，我们已经制造了数百万个被称为W玻色子的重粒子，它们很多时候会衰变成我们能看到的电子或μ子（电子的重表亲），以及我们看不到的中微子。我们可以观察这些事件，然后问，我们究竟能多好地识别出我们称之为“丢失能量”的特征？答案是，我们已经能够非常精确地做到了。所以我们已经可以说——这也是超对称研究人员声称至今一无所获的基础——即使是比希格斯信号小得多的“丢失能量”信号，在这些实验中也早就应该被看到了。 既然你们已经找到了希格斯粒子，现在是不是只是更努力地寻找？ 我们试图观察尽可能多的事件类型。我们现在大概在观察20到50种不同类型的事件，具体数量取决于你怎么算，只为寻找不平衡，而不问任何其他问题，除了“你是否看到了比中微子相关事件预期更多的能量不平衡？”。能量超出现象总会存在于某些地方。这表明你是在诚实地工作，因为这些都是统计事件。当我在LHC中碰撞质子时，量子力学主导一切，而量子力学以概率的方式行事。如果你在观察不同类型的事件，总应该会出现一些超出现象。如果没有，那就说明你作弊了。但到目前为止，我们看到的都只是些微小的波动。
约瑟夫·利肯在与宇宙玩拼字游戏。（来源：Reidar Hahn，费米实验室）许多物理学家曾预期——或至少希望——LHC到现在已经看到超对称的迹象。你是否担心这还没有发生？ 你知道，人们对希格斯玻色子也说过同样的话。“你们启动LHC，什么也看不到。你们都错了。”结果他们启动了LHC，它就在那里。话虽如此，我们现在正处于一个紧张的过渡阶段，尤其是LHC已经关闭了几年。粗略地说，我们已经检查了大约一半超对称可能存在的理论参数空间。所以，是的，我认为期望在检查的前半部分就看到它是有道理的，但事情有时就是这样。你并非总能在第一次寻找时就找到东西，有时你会在最后一次才找到。我们并没有一个理论能确切地指出超对称必须是什么样子，我们有数百万种不同的模型需要研究。所以我不想太灰心。好吧，但如果你们继续寻找，仍然一无所获呢？ 作为一名理论家，你的部分工作就是要走在实验的前面。所以理论界，包括我自己在内，都在积极思考，如果LHC最终排除了其全能量范围内任何超对称伴子的可能性，那意味着什么。我们该怎么办？我个人的感觉是，那我会说我们关于超对称及其在希格斯玻色子和电弱对称性破缺（它将粒子分成两个家族）中作用的基本思想是错误的。也许这意味着我们思考整个问题的方式犯了根本性的错误，尽管我们过去30年都一致认为这是自然最显而易见的选择。我参加过一次LHC理论家的会议，我提出了这个问题。我说，我们能否达成共识，如果LHC运行完整个周期都没有看到任何超对称伴子，我们就放弃传统意义上的超对称？结果没有达成共识。有人说，哦不，超对称一定还在那里，只是我们够不着；它是个如此好的想法，我们不能放弃，即使LHC找不到它。我不同意这种看法，但这关乎个人品味，因为自然终归是自然，它不在乎我的想法。那么寻找暗物质呢？这与LHC下一阶段的研究有何关联？ 一种可能发生的情况是，你可以直接探测到暗物质（使用像LUX这样的实验），并发现它看起来不像超对称模型所预测的那种。已经有一些关于相当轻的暗物质粒子的初步信号，这与你从超对称模型中预期的不同。如果得到证实，那将是超对称图景是错误的，或者至少需要彻底修改的证据。如果那些低质量的暗物质粒子真的存在，我们应该能在LHC上大量制造它们。我们已经在准备进行实验搜索，旨在寻找这种暗物质，以及超对称模型预测的更重的物质。所以如果情况是这样：低质量暗物质可以跑，但它无法永远躲藏，因为它足够轻，我们可以大量制造它。或者暗物质会不会是你们完全错过的更奇特的东西？ 是的。例如，真正的答案可能涉及额外的维度。可能暗物质生活在额外维度的不同切片中，诸如此类。这还有待观察。我们为什么看不到暗物质，正如（哈佛大学物理学家）丽莎·兰德尔总是提醒我们的，不是因为它“暗”，而是因为它“透明”。你可以通过很多途径来解释为什么某物存在但你却看不见它。也许这是一个更复杂的故事。我对此持开放态度。一些理论家，包括丽莎·兰德尔，提出暗物质可能有其自身的相互作用，从而形成一个复杂的“暗宇宙”。你的超对称研究能提供任何答案吗？ 暗物质具有自相互作用的想法与它来自超对称的想法非常相容。这个想法是，暗物质是标准模型粒子的超对称伴子（例如中微子的伴子，称为中性子），然后还有许多其他的超对称伴子，它们以各种复杂的方式相互作用。如果你认为可能有很多不同种类的暗物质，具有不同的质量和不同类型的相互作用，那么我们现在正在做的搜索正是正确的搜索：我们不仅寻找不平衡，而且以多种不同的方式寻找不平衡。鉴于人们已经为寻找希格斯玻色子付出了巨大努力，用LHC找到这类奇异物理学的前景如何？ 2015年，LHC预计将以更高的能量重新启动。所以我们可能会因为运行能量显著增加而有所发现。当它重启时，那才将是最初宣传的那个大型强子对撞机。我们刚运行了两年的那个，是我们在发生事故（一次严重的液氦泄漏导致LHC在启动前就关闭了）后的备用计划。真正的LHC，每个人都在期待的那个，还没有到来。那是在2015年启动的那个。当人们说他们对LHC没找到超对称感到失望时，我说：真正的LHC，我们一直宣传的那个，实际上还没运行过。所以现在就太失望是不公平的。LHC之后呢——有没有建造更大粒子加速器的计划？ 人们对拟议中的国际直线对撞机（ILC）充满期待。ILC无法产生你在LHC上能制造的最重粒子，但它能产生质量高达约500 GeV的粒子，这已经相当重了（约是质子质量的500倍）。ILC很有可能能够产生暗物质粒子。如果我们之前说的，存在多种暗物质粒子，那么它能产生其中一种的可能性就更大了。那将是绝对惊人的，因为ILC是一种与LHC完全不同的机器。它使电子与正电子（它们的反物质孪生兄弟）相撞，产生非常“干净”的碰撞。你可以进行在LHC上想都不敢想的精确测量。所以，如果你能在ILC上产生暗物质，那么它将成为未来30年的暗物质工厂。这将是我们揭开暗宇宙奥秘的方式。不能保证ILC能产生暗物质，但这很可能。可以保证的是ILC能制造希格斯玻色子，而希格斯玻色子也与暗物质有关。等等：希格斯玻色子与暗物质有关？这我以前没听说过。 我们非常感兴趣的一件事是希格斯玻色子本身是否有不可见的衰变，如果它有——这是我们将在LHC上寻找的——这些衰变可能就是暗物质粒子。可能存在直接的联系。在这种情况下，希格斯粒子在无形中衰变，所以你必须观察一个事件，在这个事件中你很清楚希格斯玻色子的产生频率。这需要我们从现在幸运地能看到任何希格斯玻色子，进步到能说，哦是的，在这百万个粒子事件中，应该有50000个产生了希格斯玻色子，但我却看到了50000个什么都没有的事件——那就是我看不见的希格斯玻色子。我们目前还没到能做到这一点的水平，但这是我们为LHC运行末期所设想的事情，届时我们将拥有比现在多得多的数据。到那时，希格斯玻色子将成为寻找更有趣、更奇异的暗物质的乏味原材料？你是这个意思吗？真是个疯狂的想法。 正是如此。就像顶夸克现在被认为是乏味的背景粒子一样，希格斯玻色子在某个时候也会变得众所周知，以至于我们能用它来进行这类暗物质测量。我们甚至能提出这类问题，并学到这么多，这让你感到惊奇吗？ 对我这个理论家来说，这尤其令人惊奇，因为大自然显然不关心我们的科研预算。它本可以轻易地让暗物质直接探测成为可能，但前提是你得花1000亿美元。而事实上，我们现在用现有的技术就能做到这一点，这是一个惊人的巧合，因为大自然并不在意这些。卡尔·萨根曾经说过，我们是宇宙认识其自身的方式。这几乎就像大自然在说：我希望你们弄明白这一切，所以我会把一切都放在你们能拿得到的地方。
