三十年來 研究人員一直在徒勞地尋找新的基本粒子 不斷加深的危機迫使物理學傢重新思考自然法則的結構 - 趣味新聞網

三十年來，研究人員一直在徒勞地尋找新的基本粒子，以解釋為什麼自然界會是這樣的。當物理學傢麵對這一失敗時，他們正在重新審視一個長期存在的假設：任何一個物體都是由更小的東西組成的。

作者：Natalie Wolchover

譯者：李玉婷

在《科學革命的結構》中，科學哲學傢 Thomas Kuhn 觀察到，科學傢花很長時間緩慢前進。他們提齣並解決難題，同時在一個固定的世界觀或理論框架內統一地解釋所有數據，庫恩稱其為範式。不過，遲早會有事實齣現，與已有的範式發生衝突。危機隨之而來。科學傢們絞盡腦汁，重新審視他們的假設，並最終革命性地轉嚮一個新的範式，對自然界有一個完全不同和更真實的理解。然後又恢復瞭漸進式的進展。

幾年來，研究自然界基本構件的粒子物理學傢們一直處於教科書式的庫恩危機之中。

這一危機在 2016 年變得不可否認，當時，盡管進行瞭一次重大升級，日內瓦的大型強子對撞機仍然沒有産生任何理論傢幾十年來一直期待的新基本粒子。這些額外的粒子將解決關於一個已知粒子的重大難題，即著名的希格斯玻色子。層次問題，正如該謎題所稱，問的是為什麼希格斯玻色子如此輕巧--比自然界中存在的最高能量標尺的質量要小一億倍。相對於這些更高的能量，希格斯質量似乎被不自然地調低瞭，就好像決定其數值的基礎方程中的巨大數字奇跡般地全部抵消瞭。

額外的粒子本來應該可以解釋微小的希格斯質量，恢復物理學傢所說的他們方程的“自然性”。但是，在大型強子對撞機――第三個也是最大的一個對撞機――對它們的尋找也是徒勞之後，似乎關於自然界中什麼是自然的邏輯可能是錯誤的。歐洲核子研究中心（CERN，大型強子對撞機所在的實驗室）理論部負責人 Gian Giudice 在 2017 年寫道：“我們麵臨著需要重新考慮幾十年來用於解決有關物理世界最基本問題的指導原則。”

起初，科學界對此感到絕望。

“你可以感受到那種悲觀情緒”加州大學聖巴巴拉分校卡弗裏理論物理研究所的粒子理論傢 Isabel Garcia Garcia 說，當時她還是一名研究生。耗資 100 億美元的質子粉碎機不僅未能迴答一個 40 年前的問題，而且長期以來指導粒子物理學的信念和策略也不再值得信任。人們比以前更迫切地想知道，宇宙是否就是不自然的，是微調的數學抵消的産物。也許有一個由多個宇宙組成的多元宇宙，所有的希格斯質量和其他參數都是隨機的，而我們發現自己在這裏，隻是因為我們宇宙的特殊屬性促進瞭原子、恒星和行星的形成，從而形成瞭生命。這種“人擇原理”盡管可能是正確的，但令人沮喪的是無法證實。

許多粒子物理學傢轉移到其他研究領域，“那裏的難題還沒有變得像層次問題那麼難，”加州大學洛杉磯分校的理論物理學傢 Nathaniel Craig 說。

圖 | Nathaniel Craig 和 Isabel Garcia Garcia 探究瞭引力如何幫助調和自然界的巨大不同的能量尺度。（來源：Jeff Liang）

一些留下來的人開始仔細研究幾十年前的假設。他們開始重新思考自然界中那些看似是不自然微調的顯著特徵――希格斯玻色子的小質量，以及一個看似不相關的問題，關於空間本身不自然的低能量。“真正的根本問題是自然性的問題，”Garcia Garcia 說。

他們的反省正在産生結果。研究人員正越來越多地將目光投嚮他們認為是關於自然性的傳統推理中的一個弱點。它建立在一個看似正確的假設上，這個假設自古希臘以來就一直被納入科學的視野。大的東西由更小、更基本的東西組成――這種說法被稱為還原論。“還原論範式......是自然性問題固有的，”新澤西州普林斯頓高等研究院的理論傢 Nima Arkani-Hamed 說。

現在，越來越多的粒子物理學傢認為，自然性問題和大型強子對撞機的無效結果可能與還原論的崩潰有關。“這會不會改變遊戲規則？"Arkani-Hamed 說。

在最近的一係列論文中，研究人員已經把還原論拋到瞭九霄雲外。他們正在探索大小距離尺度可能協調的新方法，産生的參數值從還原論的角度看是不自然微調的。

“有些人稱它為危機。這兒有一種悲觀的氣氛，但我沒有那種感覺，”Garcia Garcia 說。這是一個我覺得我們正在進行意義深遠的事情的時候。"

什麼是自然性

大型強子對撞機確實取得瞭一個關鍵性的發現：2012 年，它最終發現瞭希格斯玻色子，這是有50年曆史的一套被稱為粒子物理學標準模型理論的基石，該模型描述瞭 17 種已知的基本粒子。

希格斯的發現證實瞭一個寫在標準模型理論中的引人入勝的故事。

宇宙大爆炸後的瞬間，一個滲透到空間的被稱為希格斯場的實體，突然被注入瞭能量。這個希格斯場裂開産生瞭希格斯玻色子，這些粒子因為該場的能量而擁有質量。當電子、誇剋和其他粒子在空間移動時，它們與希格斯玻色子相互作用，在這種方式下，它們也獲得瞭質量。

標準模型於 1975 年完成後，其設計師幾乎立即注意到一個問題。

當希格斯賦予其他粒子質量時，它們也會馬上迴饋；粒子的質量會一起晃動。物理學傢可以為希格斯玻色子的質量寫一個方程，其中包括與它相互作用的每個粒子的關係。

所有大質量的標準模型粒子都對該方程做齣瞭貢獻，但這些並不是唯一的貢獻。希格斯玻色子還應該在數學上與更重的粒子混閤，包括普朗剋尺度現象，這是一個與引力的量子性質、黑洞和大爆炸有關的能量水平。普朗剋尺度現象對希格斯質量的貢獻應該是巨大的――幾乎比實際希格斯質量大一億倍。

自然而然地，你會期望希格斯玻色子和它們一樣重，從而使其他基本粒子也得到加強。粒子會因為太重而無法形成原子，而宇宙將是空的。

對於希格斯玻色子來說，盡管它依賴於巨大的能量，但最終卻如此之輕，你必須假設普朗剋對其質量的貢獻有正有負，而且它們都擁有恰到好處的數量，從而完全抵消。

這種抵消除非有某種原因，否則它就會很可笑――就像氣流和桌子的振動相互抵消以保持鉛筆尖的平衡一樣不可能。這種微調的抵消，物理學傢認為是“非自然的”。

在幾年內，物理學傢們找到瞭一個令人滿意的解決方案：超對稱理論，假設自然界的基本粒子具有雙重性。超對稱理論認為，每一個玻色子（兩種類型的粒子之一）都有一個夥伴費米子（另一種類型），反之亦然。玻色子和費米子分彆為希格斯質量貢獻正負項。

因此，如果這些項總是成對齣現，它們將總是抵消。

對超對稱夥伴粒子的探索始於 20 世紀 90 年代的大型正負電子對撞機。研究人員假設這些粒子比它們的標準模型夥伴稍重一些，需要更多的原始能量來實現，因此他們將粒子加速到接近光速，將它們砸在一起，並在碎片中尋找重物的齣現。

與此同時，另一個自然性問題浮齣水麵。

空間結構，即使在沒有物質的情況下，似乎也應該擁有能量――所有流經它的量子場的淨活動。

當粒子物理學傢把對空間能量的所有推定貢獻加起來時，他們發現，就像希格斯質量一樣，來自普朗剋尺度現象的能量注入應該把它炸毀。

愛因斯坦認為，空間的能量――他稱之為宇宙學常數――具有引力排斥作用，它使空間膨脹得越來越快。如果空間被注入普朗剋密度的能量，宇宙在大爆炸後的瞬間就會自我撕裂。但這並沒有發生。

相反，宇宙學傢觀察到，空間的膨脹隻是緩慢地加速，這錶明宇宙學常數很小。

1998年的測量結果將其數值定為比普朗剋能量低一百萬億次。同樣，在宇宙學常數的方程式中，似乎所有這些巨大的能量注入和提取都被完美地抵消瞭，讓空間變得異常平靜。

“引力......混閤瞭所有長度尺度的物理學――短距離、長距離。因為它做到瞭這一點，所以它給瞭你這個齣路。”―― Nathaniel Craig

這兩個大的自然性問題在 20 世紀 70 年代末就已經很明顯瞭，但幾十年來，物理學傢們都把它們當作無關緊要的問題。

“這是在人們對此感到分裂的階段。”Arkani-Hamed 說。宇宙學常數問題似乎與神秘的、量子方麵的引力有關，因為空間的能量僅通過其引力效應被探測到。層次問題看起來更像是一個“討厭的小細節問題”，Arkani-Hamed 解釋說――這種問題，就像過去的兩三個其他問題一樣，最終會揭示齣一些缺失的拼圖碎片。“希格斯的弱點”，正如 Giudice 所說的它的不自然的輕盈，不是什麼是大型強子對撞機的幾個超對稱粒子所不能治愈的。

事後看來，這兩個自然性問題似乎更像是一個更深層問題的錶麵癥狀。

“思考一下這些問題是如何産生的是很有用的，”Garcia Garcia 在今年鼕天從聖巴巴拉打來的 Zoom 電話中說。"層次問題和宇宙學常數問題的齣現，部分是因為我們用來試圖迴答問題的工具――我們試圖理解我們宇宙的某些特徵的方式。”

恰到好處的還原論

物理學傢們用他們有趣的方式誠實地統計希格斯質量和宇宙學常數的貢獻。

這種計算方法反映瞭自然界奇怪的嵌套結構。

放大一些東西，你會發現它實際上是許多更小的東西。

從遠處看，像一個星係的東西實際上是一個恒星的集閤；每個恒星是許多原子；一個原子進一步溶入亞原子部分的層次結構。

此外，當你放大到更短的距離尺度時，你會看到更重、更有能量的基本粒子和現象――這是高能量和短距離之間的深刻聯係，解釋瞭為什麼高能粒子對撞機就像宇宙的顯微鏡。

高能量和短距離之間的聯係在整個物理學中有許多例子。比如，量子力學認為每個粒子也是一種波，粒子的質量越大，其相關的波長就越短。另一種是，能量必須更密集地擠在一起以形成更小的物體。物理學傢把低能量、長距離的物理學稱為“紅外”，把高能量、短距離的物理學稱為“紫外”，這是用紅外和紫外光的波長來做類比。

在 20 世紀 60 年代和 70 年代，粒子物理學巨頭 Kenneth Wilson和Steven Weinberg 指齣瞭自然界層次結構的非凡之處：它允許我們描述一些大的、紅外尺度上的令人關注的性質，卻不知道在更微觀的、紫外尺度上“真正”發生瞭什麼。例如，你可以用一個流體力學方程來模擬水，把它當作一個光滑的流體，掩蓋其 H2O 分子的復雜動力學。流體力學方程包括一個代錶水的粘度的術語――一個單一的數字，可以在紅外尺度上測量，它總結瞭所有這些在紫外尺度下發生的分子相互的作用。物理學傢說，紅外和紫外尺度“解耦”，能讓他們有效地描述世界的各個方麵，而不用知道在普朗剋尺度的深處發生瞭什麼――最終的紫外尺度，相當於一萬億分之一厘米的十億分之一，或者 100 億億電子伏特（GeV）的能量，時空結構可能在那裏溶解成其他東西。

Kenneth Wilson，美國粒子和凝聚態物理學傢，活躍於 20 世紀 60 年代至 21 世紀初，他開發瞭一種正式的數學方法來描述一個係統的屬性如何根據其測量的規模而變化。（來源：康奈爾大學教師傳記檔案，#47-10-3394.康奈爾大學圖書館珍稀和手稿收藏部。）

"瑞士洛桑聯邦理工學院的理論物理學傢 Riccardo Rattazzi 說：“我們可以研究物理學是因為我們可以對短距離發生的事情保持無知。”

Wilson 和 Weinberg 分彆開發瞭粒子物理學傢用來模擬我們的嵌套世界不同層次框架的碎片：有效場論。正是在有效場論的背景下，自然性問題齣現瞭。

有效場論對一個係統――比如說一束質子和中子――在一定範圍內的尺度進行建模。將質子和中子放大一段時間，它們會一直看起來像質子和中子，你可以用“手性有效場理論”來描述它們在這個範圍內的動力學。但隨後有效場論將達到它的“紫外截止點”，這是一個短距離、高能量的尺度，在這個尺度上有效場論不再是對係統的有效描述。例如，在 1 GeV 的截止點上，手性有效場論停止工作，因為質子和中子不再錶現得像單個粒子，而是像誇剋的三重奏。一個不同的理論開始發揮作用。

重點是，有效場論在其紫外截止點處崩潰是有原因的。截止點是必須找到該理論中不包括的新的、高能粒子或現象的地方。

在其有效範圍內，有效場論通過增加代錶這些未知效應的“修正”來說明截止點以下的紫外物理。這就像一個流體方程有一個粘度項來捕捉短距離分子碰撞的淨效應。物理學傢不需要知道在截止點處有什麼實際的物理現象來寫這些修正，他們隻是用截止點的尺度作為對有效性範圍的粗略估計。

通常情況下，當你在感興趣的紅外尺度上計算某些東西時，紫外修正很小，與截止點相關的（相對較小）長度尺度成正比。但是，當你用有效場論計算像希格斯質量或宇宙學常數這樣的參數時情況就變瞭，因為這些參數有質量或能量單位。對參數的紫外修正會很大，因為（為瞭有正確的單位）修正與能量相協調，而不是與截止點相關的長度相協調。當長度很小的時候，能量就很高。這樣的參數被叫做“紫外敏感的”。

自然性的概念在 20 世紀 70 年代與有效場論自身一起齣現，作為識彆有效場論必須停止的地方的策略。

因此，新物理學必須存在。其邏輯是這樣的。如果一個質量或能量參數有一個高截止點，它的值自然應該是大的，被所有的紫外修正推地更高。因此，如果該參數很小，那麼截止能量必須很低。

一些評論傢認為自然性僅僅是一種審美偏好。但其他人指齣，這種策略揭示瞭關於自然精確的、隱藏的真相。“這種邏輯是有效的，”Craig 說，他是最近重新緻力於這種邏輯的領先者。自然性問題“一直是情況變化和新事物應該齣現的標誌”。

自然性能夠做什麼

1974 年，在“自然性”一詞齣現的幾年前，Mary K. Gaillard 和 Ben Lee 驚人地利用這一策略預測瞭一個當時被稱為粲誇剋的假想粒子的質量。Craig 說：“她的成功預測及其與層次問題的相關性在我們的領域中被嚴重低估。”

1974 年的夏天，Gaillard 和 Lee 正為兩個高子粒子――誇剋的閤成物――的質量差異而感到睏惑。測量的差異很小。

但是當他們試圖用有效場論方程來計算這個質量差時，他們看到其數值有爆炸的危險。因為高子質量差有質量單位，它對紫外敏感，接收來自截止點的未知物理學的高能修正。該理論的截止點並不為人所知，但當時的物理學傢推斷它不可能很高，否則所産生的高子質量差相對於修正值來說會小的奇怪――正如物理學傢現在所說的那樣，這是不自然的。

Gaillard 和 Lee 推斷齣他們的有效場論的低截止尺度，即新物理學應該齣現的地方。他們認為，當時提齣的一種被稱為粲誇剋的誇剋必須被發現，其質量不超過 1.5 GeV。

三個月後，粲然誇剋齣現瞭，重量為 1.2GeV。這一發現迎來瞭被稱為十一月革命的認識復興，並迅速推動瞭標準模型的完成。在最近的一次視頻通話中，現年 82 歲的Gaillard迴憶說，消息傳齣時她正在歐洲訪問歐洲核子研究中心（CERN）。Lee 給她發瞭一份電報：魅力已被發現。

1974 年，Mary K.Gaillard（圖為 20 世紀 90 年代）和 Ben Lee 使用自然性論證來預測一種被稱為粲誇剋的假想基本粒子的質量。幾個月後，魅力已經顯現。（來源：AIP Emilio Segrè 視覺檔案館）

這樣的勝利使許多物理學傢確信，層次問題也應該預示著新粒子不會比標準模型的粒子重很多。

如果標準模型的分界綫在普朗剋尺度附近（研究人員確信標準模型在這裏失敗瞭，因為它沒有考慮到量子引力），那麼對希格斯質量的紫外修正將是巨大的，會使其輕度變得不自然。在希格斯玻色子本身的質量之上不遠處設置一個截止點，將使希格斯的質量與來自截止點的修正一樣重，而且一切都會看起來很自然。

“在過去的 40 年裏，這個方法一直是試圖解決層次問題的工作的起點，”Garcia Garcia 說。“人們提齣瞭偉大的想法，如超對稱性、【希格斯】的閤成性，我們還沒有看到它們在自然界中實現。”

2016 年，GarciaGarcia 在牛津大學攻讀粒子物理學博士。幾年時間裏，她清楚地意識到需要進行清算。“那時候我開始對這個缺失的部分更感興趣，我們在討論問題時通常不考慮這個部分，也就是引力。比起有效場論，這個問題在量子引力中可以看齣更多。”

引力把一切都混在一起

理論傢們在 20 世紀 80 年代瞭解到，引力並不按照通常的還原性規則行事。

如果你把兩個粒子狠狠地撞在一起，它們的能量在碰撞點變得集中，就會形成一個黑洞――一個任何東西都無法逃脫的極端重力區域。把粒子更用力地撞在一起，它們就會形成一個更大的黑洞。更多的能量不再會讓你看到更短的距離，恰恰相反，你撞得越厲害，産生的不可見區域就越大。黑洞和描述其內部的量子引力理論完全逆轉瞭高能量和短距離之間的常見關係。紐約大學物理學傢 SergeiDubovsky 說：“引力是反還原主義的。”

量子引力似乎在玩弄自然界的架構，對物理學傢已經習慣的有效場論嵌套尺度的整齊係統進行嘲弄。Craig 和 Garcia Garcia 一樣，在大型強子對撞機的搜尋一無所獲後不久，就開始思考引力的含義。在試圖思考解決層次問題的新方案時，Craig 重讀瞭歐洲核子研究中心（CERN）理論傢 Giudice 寫於 2008 年的一篇關於自然性的文章。

他開始琢磨 Giudice 的意思：Giudice 寫到宇宙學常數問題的解決方案可能涉及“紅外和紫外效應之間的一些復雜的相互作用”。如果紅外和紫外有復雜的相互作用，那就會違背通常的解耦，而解耦使有效場理論能夠發揮作用。“我隻是在榖歌上搜索瞭‘紫外-紅外混閤’這樣的東西，”Craig 說，這讓他找到瞭一些 1999 年的有趣論文，“然後我就開始瞭。”

“這是一個我覺得我們正在進行意義深遠的事情的時候。”――IsabelGarcia Garcia

紫外-紅外混閤有可能通過打破有效場論的還原論方案來解決自然性問題。在有效場論中，當希格斯質量和宇宙學常數等量對紫外敏感時，自然性問題就會齣現，但不知何故沒有爆炸，好像所有紫外物理學之間有一個陰謀，使它們對紅外的影響無效。“在有效場論的邏輯中，我們拋棄瞭這種可能性，”Craig 解釋說。

還原論告訴我們，紅外物理學來自於紫外物理學――水的粘度來自於它的分子動力學，質子從它們的內部誇剋得到它們的屬性，解釋隨著放大以顯現――而不是相反。紫外並不受紅外的影響或解釋，“所以【紫外效應】不可能有一個陰謀，使希格斯的事情在一個非常不同的尺度上得到解決。”

Craig 現在提齣的問題是：“有效場理論的這種邏輯會不會被打破？”也許解釋真的可以在紫外和紅外之間雙嚮流動。“

這並不完全是異想天開，因為我們知道引力就是這樣的，”他說。“引力違反瞭正常的有效場論推理，因為它混閤瞭所有長度尺度的物理學，包括短距離和長距離。因為它這樣做，所以它給瞭你這個齣路。”

紫外-紅外混閤如何拯救自然性

對紫外-紅外混閤以及它如何可能解決自然性問題的幾項新研究提到瞭 1999 年齣現的兩篇論文。伊利諾伊大學香檳分校的教授 Patrick Draper 說：“人們對這些更奇特的、非有效場論式的解決問題方法越來越感興趣，他最近的工作是在 1999 年的一篇論文中進行的。

Draper 和他的同事研究瞭 CKN 約束，該約束是以 1999 年論文作者 Andrew Cohen、David B. Kaplan 和 Ann Nelson 命名的。他們認為，如果你把粒子放在一個盒子裏並加熱，在盒子坍塌成一個黑洞之前，你隻能增加粒子的能量這麼多。

他們計算齣，在盒子坍塌之前，你能容納的高能粒子狀態的數量與盒子的錶麵積提高到四分之三次方，而不是你可能認為的盒子的體積。

他們意識到，這代錶瞭一種奇怪的紫外-紅外關係。盒子的大小，設定瞭紅外尺度，嚴重限製瞭盒子內高能粒子狀態的數量――紫外尺度。

然後他們意識到，如果其相同約束適用於整個宇宙，那麼它就解決瞭宇宙學常數問題。在這種情況下，可觀測宇宙就像一個非常大的盒子。它所能包含的高能粒子狀態的數量與可觀測宇宙的錶麵積的四分之三次方成正比，而不是宇宙的（大得多的）體積。

這意味著通常宇宙學常數的有效場論計算太簡單瞭。

這種計算告訴人們，當你放大空間結構時，高能現象應該齣現，應該有炸毀空間的能量。但是 CKN 約束意味著可能存在比有效場論計算所假設的少得多的高能活動，這意味著可供粒子占據的高能狀態少得可憐。Cohen、Kaplan 和 Nelson 做瞭一個簡單計算，對於像我們宇宙這樣大小的盒子來說，他們的約束或多或少地準確預測瞭觀察到的宇宙學常數的微小值。

他們的計算錶明，大小尺度可能以一種方式相互關聯，當你看整個宇宙的紅外屬性，如宇宙學常數時，這種關聯會變得很明顯。

Draper 和 NikitaBlinov 去年在另一個粗略計算中證實，CKN 約束預測瞭觀察到的宇宙學常數。他們還證實，這不會破壞有效場論在小尺度實驗中的許多成功。

CKN 約束並沒有告訴你為什麼紫外和紅外是相關的，即為什麼盒子（紅外）的大小嚴重限製瞭盒子（紫外）內高能狀態的數量。對於這一點，你可能需要瞭解量子引力。

其他研究人員已經在量子引力的一個特定理論中尋找答案：弦理論。去年夏天，弦理論傢 Steven Abel 和 Keith Dienes 展示瞭弦理論中的紫外-紅外混閤如何解決層次和宇宙學常數問題。

作為引力和其他一切事物的基本理論的候選者，弦理論認為，所有的粒子，近看都是小的振動弦。像光子和電子這樣的標準模型粒子是基本弦的低能量振動模式。但弦也可以更有能量地擺動，從而産生瞭具有越來越高能量的無限的弦態譜。在這種情況下，層次問題問的是，如果沒有超對稱性這樣的東西來保護希格斯，為什麼這些弦態修正不會使它膨脹。

Dienes 和 Abel 計算齣，由於弦理論的一個不同的對稱性，即模塊不變性，從紅外到紫外的無限光譜中所有能量的弦態修正將以恰到好處的方式相互抵消，使希格斯質量和宇宙學常數都很小。研究人員指齣，低能量和高能量弦態之間的這種共謀並不能解釋為什麼希格斯質量和普朗剋能量一開始就有這麼大的差距，隻能說明這種差距是穩定的。不過，在 Craig 看來，“這確實是個好主意。”

新的模型代錶瞭越來越多的紫外-紅外混閤思想。Craig 的研究角度可以追溯到另一篇1999年的論文，由高等研究院著名理論傢 Nathan Seiberg 和兩位閤著者撰寫。他們研究瞭有一個背景磁場填充空間的情況。為瞭瞭解這裏的紫外-紅外混閤是如何産生的，想象一對由彈簧連接的帶電粒子在空間飛行，垂直於磁場。當你提高磁場的能量時，帶電粒子加速分開，拉伸瞭彈簧。在這個場景中，更高的能量對應於更長的距離。

“引力是反還原主義的。”――Sergei Dubovsky

Seiberg 他們發現，這種情況下的紫外修正具有特殊特徵，說明還原論可以逆轉，即紅外影響到紫外中發生的事情。這個模型並不現實，因為真實的宇宙並沒有一個強加背景方嚮性的磁場。不過，Craig 一直在探索類似的東西是否可以作為層次問題的解決方案。

Craig，Garcia Garcia 和 Seth Koren 還共同研究瞭關於量子引力的一個被稱為弱引力猜想的論點。如果成真，可能會施加自然需要希格斯質量和普朗剋尺度之間巨大分離的一緻性條件。

至少從 2013 年開始，紐約大學的 Dubovsky 就一直在琢磨這些問題，當時已經很清楚，超對稱粒子在大型強子對撞機上非常遲緩。那一年，他和兩位閤作者發現瞭一種新的量子引力模型，解決瞭層次問題：在該模型中，還原論的箭頭從一個中間尺度同時指嚮紫外和紅外。盡管聽起來很吸引人，但該模型隻在二維空間起作用，而且 Dubovsky 沒有頭緒如何將其展開。他轉嚮瞭其他問題。去年，他再次遇到瞭紫外-紅外混閤。他發現，在研究碰撞的黑洞時齣現的自然性問題被一種“隱藏”的對稱性所解決，這種對稱性將黑洞形狀的低頻和高頻變形聯係起來。

像其他研究人員一樣，Dubovsky 似乎不認為迄今為止發現的任何具體模型具有明顯的庫恩革命跡象。有些人認為整個紫外-紅外混閤概念缺乏前景。“目前還沒有有效場論崩潰的跡象，”約翰霍普金斯大學的理論物理學傢 David E. Kaplan（與 CKN 論文的作者沒有關係）說。“我認為那裏沒有東西。”

為瞭說服所有人，這個想法需要實驗證據，但到目前為止，現有的紫外-紅外混閤模型在可測試的預測方麵嚴重不足。它們通常旨在解釋為什麼我們沒有看到超齣標準模型的新粒子，而不是預測我們應該看到什麼。但是在宇宙學中，即使不是從對撞機中，也總是有希望得到未來的預測和發現。

綜閤來看，新的紫外-紅外混閤模型說明瞭舊範式的弱點――一個完全基於還原論和有效場理論的範式，而這可能隻是一個開始。

“當你進入普朗剋尺度時，你就失去瞭還原論，所以引力是反還原論的，”Dubovsky 說，“我認為，從某種意義上說，如果這一事實對我們觀察到的事物沒有深刻影響，那將是不幸的。”

https://www.quantamagazine.org/crisis-in-particle-physics-forces-a-rethink-of-what-is-natural-20220301/

轉載自“學術頭條”公眾號

由於微信公眾號試行亂序推送，您可能不再能準時收到墨子沙龍的推送。為瞭不與小墨失散， 請將“墨子沙龍”設為星標賬號，以及常點文末右下角的“在看”。

為瞭提供更好的服務，“墨子沙龍”有工作人員就各種事宜進行專門答復：

墨子沙龍是以中國先賢“墨子”命名的大型公益性科普論壇，由中國科學技術大學上海研究院主辦，中國科大新創校友基金會、中國科學技術大學教育基金會、浦東新區科學技術協會、中國科學技術協會及浦東新區科技和經濟委員會等協辦。

墨子是我國古代著名的思想傢、科學傢，其思想和成就是我國早期科學萌芽的體現，“墨子沙龍”的建立，旨在傳承、發揚科學傳統，建設崇尚科學的社會氛圍，提升公民科學素養，倡導、弘揚科學精神。科普對象為熱愛科學、有探索精神和好奇心的普通公眾，我們希望能讓具有中學同等學力及以上的公眾瞭解、欣賞到當下全球最尖端的科學進展、科學思想。

關於“墨子沙龍”