希格斯玻色子如何影響絃理論？

密歇根大學物理學家戈登·凱恩提供了以下解釋

在過去的幾十年中，科學家們已經開發出對我們物理世界的成功且經過充分測試的描述，稱為粒子物理學的標準模型。它將強力、弱力和電磁力整合到一個連貫的圖景中，並描述了所有相關的實驗。但是，有一項測試尚未完成：為了保持一致性，並解釋粒子的質量，該理論需要存在一種新的場，稱為希格斯場——它類似於熟悉的電磁場，但具有新的屬性。正如我們透過探測電磁場的量子（稱為光子）來了解電磁場一樣，我們希望透過探測希格斯場的量子（稱為希格斯玻色子）來了解希格斯場。

如果希格斯玻色子（以英國物理學家彼得·希格斯的名字命名）被發現，它實際上將成為有史以來最重要的實驗發現之一，這很大程度上是因為希格斯物理學所起的獨特作用。一方面，它完成了標準模型，將對微觀物理世界的成功描述聯絡在一起，科學家們已經尋求理解了幾個世紀。這種描述告訴我們物理世界是如何運作的。與此同時，希格斯物理學所採取的形式指出瞭如何加強和擴充套件標準模型，不僅描述世界如何運作，還描述它為什麼那樣運作。希格斯玻色子之所以重要，是因為它是向“為什麼”過渡的關鍵。希格斯玻色子也是一種新型物質，是近一個世紀以來的第一種。

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目前有兩項證據表明希格斯玻色子確實存在。第一個是間接的。根據量子場論，所有粒子都會花費少量時間作為所有其他粒子的組合，包括希格斯玻色子。這會稍微改變它們的屬性，而我們知道如何計算這些屬性，並且這些屬性已得到充分驗證。對希格斯玻色子對其他粒子影響的研究表明，只有當希格斯玻色子存在且質量小於約 170 吉電子伏特 (GeV)，或約 180 個質子質量時，實驗和理論才是一致的。因為這是一個間接結果，所以它不是嚴格的證明。原則上，幾個未知的貢獻可能會結合起來模擬希格斯玻色子的出現。然而，這是非常不可能的。關於希格斯玻色子的更具體證據來自歐洲粒子物理實驗室 (CERN) 在大型電子正電子 (LEP) 對撞機最後執行期間進行的一項實驗。該研究揭示了希格斯玻色子的可能直接訊號，其質量約為 115 GeV，並具有所有預期的屬性。總之，這些構成了一個非常有說服力的——儘管尚未最終確定——希格斯玻色子確實存在的案例。

現在，假設希格斯玻色子確實已被發現，讓我們轉向建立更基本的粒子物理學理論的意義。我將把這個基本理論稱為弦理論，而不區分各種形式。弦理論是在 10 維中提出的，並且具有我們世界中不存在的其他屬性。它沒有明確的或可測試的預測或解釋，並且它與希格斯玻色子沒有直接聯絡。在發生這種聯絡之前，我們將必須瞭解我們的實際世界如何從更高維度的理論中出現，以及強力、弱力和電磁力以及夸克和輕子如何從弦理論中出現。

儘管如此，關於弦理論的已知資訊足以表明它與我們的世界存在一些暗示性的聯絡。最重要的是，弦理論似乎要求我們的世界具有一種稱為超對稱性的屬性。具有弦理論邊界條件的超對稱標準模型具有希格斯玻色子並解釋了它們的屬性。雖然希格斯玻色子的質量無法在標準模型中計算出來，但在超對稱標準模型中，質量可以近似計算為 90-40 GeV，這個範圍包含了可能的發現值。

因此，發現希格斯玻色子有力地支援了超對稱標準模型，而超對稱標準模型反過來又支援了弦理論確實是研究自然的正確方法的觀點。如果是這樣，那麼在未來的幾年裡，很可能在費米國家加速器實驗室發現更多關於希格斯玻色子存在的證據，該實驗室將於 2001 年 3 月開始收集資料。