在过去的几个月里（并且在未来几年里肯定还会继续），我一直在花时间学习粒子物理学现象学及其相关的模型构建问题。我的部分研究涉及调查此类模型的宇宙学含义，而在其他时候，我则对某些悬而未决的宇宙学问题如何通过标准模型之外的新粒子物理学来解决感兴趣。这些以及即将到来的大型强子对撞机（LHC）的启动，是我花费时间在现象学上的原因。今天，在听了普林斯顿高等研究院（IAS）的 Ian Low 的一个精彩研讨会后，我特别思考了这个问题。Ian 研讨会的内容并不是我真正想在这里讨论的，但其中一些内容让我开始思考一个我一直想深入探讨的问题。大多数超越标准模型（BSM）的物理模型都是由粒子物理学中一个悬而未决的问题——层级问题——所驱动的。这是调和两个截然不同的质量尺度的问题：弱尺度（10^2 GeV）和普朗克尺度（10^19 GeV）。在粒子物理学中，这种层级在技术上是不自然的，因为通常情况下，量子力学（在这里称为重整化）的影响会使这些尺度的可观测量值在大小上更接近。例如，一种方法是引入一种机制来抵消许多量子修正，从而即使在考虑了量子力学之后，这些尺度仍然可以保持很大的分离。这种机制的一个例子（也是最流行的一种）是超对称（SUSY）以及 TeV 尺度下的超对称破坏。另一种观点是，层级问题不再被视为质量尺度之间的差异，而是长度尺度或体积的问题。普遍的假设是，整个宇宙是 3+1+d 维的（也就是说，有 d 个额外的空间维度），引力在所有维度上都传播，而标准模型场则局限于构成我们可观测宇宙的 3+1 维子流形。这个子流形被称为膜（brane，类似于 membrane）。额外维度的体积可以很大，引力流进入这个体积的扩散使得在我们膜上测量的引力非常弱，用普朗克质量来参数化，而物理学的基本尺度则用弱尺度来参数化。超越标准模型（BSM）的这些想法还有一个额外的好处，就是与暗物质有着自然的联系，因为在 TeV 尺度上引入的新粒子和对称性通常会产生一个自然的弱相互作用大质量粒子（WIMP）候选者。在过去几年里，许多作者开始探索那些不通过解决自然性问题来约束，而是仅以规范统一和暗物质候选者为导向的 BSM 物理模型。这类模型的动机来源于弦论景观的考量，但我明确不希望在这篇帖子或评论区讨论它，因为它在许多许多其他帖子中已经被讨论得太多了。另一个经常被提及的动机是，目前的对撞机约束正在迫使即使是低尺度超对称模型在解决层级问题时也需要一些微调。这种模型的一个例子是分裂超对称（请看 这里 和 这里）。在这些模型中，由于放弃了自然性，超对称在高尺度被打破，标量超粒子（以及希格斯）变得极其沉重。然而，它被安排使费米子保持轻，这样它们就可以帮助统一，并且其中一个可以作为暗物质候选者。关于这类模型在对撞机上的信号，存在大量的文献，并且有许多后续工作在探索其他后果。不幸的是，我不能假装读过这些论文中的一小部分，因此肯定无法评论它们。作为我持续现象学教育的一部分，我认为就 BSM 模型构建的两种广泛方法进行讨论，探讨它们的各种优缺点，可能会很有趣。我必须提前承认，到目前为止，我并没有觉得较新的方法特别有说服力。除了放弃自然性的明显问题之外，我认为我更希望暗物质作为粒子物理模型的一个输出，而不是输入。尽管如此，虽然我显然非常接近所有这些材料，但我并不是这些模型的专家之一，并且我真诚地说，我将对关于这些方法的优缺点的建设性教学性讨论感兴趣。我保证其中存在我忽略的微妙之处（甚至可能是显而易见的问题）。我意识到我无法强制执行这一点，但如上所述，我想为讨论提出一个基本规则。我认为在这里重新讨论弦论景观问题没有什么好处。这不是我的本意，而且我们之前已经反复讨论过了。所以，除了这个警告，请自由发言。与那些忽略自然性考虑的模型相比，那些以自然性为目标构建的 BSM 模型有哪些优缺点？
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