編者按：以下文章經許可轉載自The Conversation，這是一個涵蓋最新研究的線上出版物。
作者：哈里·克里夫，劍橋大學
2013年諾貝爾物理學獎授予了弗朗索瓦·恩格勒和彼得·希格斯，以表彰他們解釋亞原子粒子為何具有質量的工作。他們預測了希格斯玻色子的存在，這是一種基本粒子，去年由歐洲核子研究中心的大型強子對撞機進行的實驗證實。
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但今天的慶祝活動掩蓋了物理學家日益增長的焦慮。希格斯玻色子的發現無疑是一項勝利，但許多人指出，它並沒有讓我們更接近解決基礎科學中一些最令人困擾的問題。
一位資深物理學家甚至告訴我，他對“發現希格斯玻色子完全不興奮”。儘管這不是典型的反應，但這一發現可能會結束20世紀物理學的一章，而沒有一絲跡象表明如何開始書寫下一頁。
直到去年7月，大型強子對撞機（LHC）的物理學家宣佈了它的發現，希格斯玻色子仍然是粒子物理學標準模型中最後缺失的一塊，該模型以驚人的準確性描述了構成我們所居住世界的所有粒子。標準模型通過了所有實驗測試，並且取得顯著成績，但仍然存在一些相當令人尷尬的漏洞。
根據天文測量，標準模型描述的構成恆星、行星並最終構成我們的物質，僅佔宇宙的一小部分。我們似乎是漂浮在由暗物質和暗能量組成的隱形海洋上的薄薄一層泡沫，而我們對它們幾乎一無所知。
更糟糕的是，根據標準模型，我們根本不應該存在。該理論預測，在大爆炸之後，等量的物質和反物質應該相互湮滅，留下一個空無一物的宇宙。
這兩個都是很好的科學理由，讓我們懷疑標準模型是否是物理定律的終結。但是，還有另一個美學原則導致許多物理學家懷疑它的完整性——“自然性”原則。
標準模型被認為是一個高度“不自然”的理論。除了有大量不同的粒子和力，其中許多似乎是多餘的之外，它還非常不穩定。如果您稍微改變必須輸入理論的20多個數字中的任何一個，您會很快發現自己生活在一個沒有原子的宇宙中。這種詭異的微調讓許多物理學家感到擔憂，讓宇宙看起來好像是為了生命存在而以恰當的方式建立起來的。
希格斯玻色子為我們提供了最嚴重的非自然微調案例之一。20世紀一個令人驚訝的發現是，人們意識到空的空間遠非空虛。事實上，真空是一個由隱形的“虛擬”粒子組成的沸騰湯，它們不斷地出現和消失。
傳統的觀點認為，當希格斯玻色子穿過真空時，它會與這種虛擬粒子湯相互作用，而這種相互作用會將其質量驅動到一個絕對巨大的值——可能高達大型強子對撞機測量的質量的一億億倍。
理論家試圖透過提出標準模型的擴充套件來馴服不守規矩的希格斯質量。其中最流行的是“超對稱性”，它為標準模型中的每個粒子引入了一個更重的超粒子或“超對稱粒子”。這些超對稱粒子抵消了真空中虛擬粒子的影響，將希格斯質量降低到一個合理的數值，並消除了任何令人不快的微調的需要。
超對稱性還有其他一些特性，使其在物理學家中很受歡迎。它最好的賣點也許是，其中一個超對稱粒子為構成宇宙大約四分之一的神秘暗物質提供了一個簡潔的解釋。
雖然發現希格斯玻色子可能是建造27公里的大型強子對撞機（LHC）的主要原因，但大多數物理學家真正等待的是一些新事物的跡象。正如希格斯本人在去年發現後不久所說的那樣，“[希格斯玻色子]不是大型強子對撞機正在尋找的最有趣的東西”。
然而，到目前為止，大型強子對撞機什麼也沒發現。
如果超對稱性確實負責保持希格斯玻色子的質量較低，那麼超對稱粒子應該在能量不高於大型強子對撞機發現希格斯玻色子的能量處出現。事實上，什麼也沒發現已經排除了許多流行的超對稱形式。
這導致一些理論家完全放棄了自然性。一個相對較新的想法，被稱為“分裂超對稱性”，它接受希格斯質量的微調，但保留了超對稱性的其他優點，例如暗物質粒子。
這聽起來可能是一個技術差異，但對我們宇宙的本質的含義是深刻的。論點是，我們生活在一個經過微調的宇宙中，因為它恰好是有效無限多個不同宇宙中的一個，每個宇宙都有不同的物理定律。自然常數之所以如此，是因為如果它們不同，原子就無法形成，因此我們就不會存在並思考它們。
這種人擇論論點部分受到弦理論發展的推動，弦理論是一種潛在的“萬物理論”，它有大量（大約 10500）不同的可能宇宙，具有不同的物理定律。（如此龐大的宇宙數量通常被用來批評弦理論，有時被嘲笑為“其他一切的理論”，因為到目前為止還沒有人找到對應於我們所居住宇宙的解決方案。）然而，如果分裂超對稱性是正確的，那麼大型強子對撞機缺乏新的物理學可能就是弦理論預期的多重宇宙存在的間接證據。
所有這些對大型強子對撞機來說都可能是相當壞的訊息。如果自然性之戰失敗了，那麼就沒有理由認為新的粒子必須在未來幾年內出現。一些物理學家正在呼籲建造一個更大的對撞機，其長度是大型強子對撞機的四倍，功率是大型強子對撞機的七倍。
這個巨型對撞機可以用來一勞永逸地解決這個問題，但很難想象這樣的機器會得到批准，特別是如果大型強子對撞機未能發現希格斯玻色子以外的任何東西。
我們正處於粒子物理學的關鍵時刻。也許在2015年大型強子對撞機重新啟動後，它會發現新的粒子，自然性將得以倖存，粒子物理學家將繼續從事該行業。我們有理由保持樂觀。畢竟，我們知道一定有某種新東西可以解釋暗物質，而且大型強子對撞機很有可能會找到它。
但也許，僅僅是也許，大型強子對撞機將一無所獲。希格斯玻色子可能是粒子物理學的絕唱，加速器時代的最後一個粒子。儘管這對實驗主義者來說是一個令人擔憂的可能性，但這樣的結果可能會導致我們對宇宙以及我們在宇宙中的地位的理解發生深刻的轉變。
哈里·克里夫隸屬於劍橋大學、歐洲核子研究中心和大型強子對撞機實驗。
本文最初發表於The Conversation。閱讀原文。