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【科普向】SUSY(长连载)

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再次开个无节操的长篇连载,至于会多么长我也不清楚,目的是介绍一下supersymmetry(以后直接使用简称susy),如果我能用两页把susy介绍给大家的话,那两页也算是长篇。当然我不认为我能用两页的语言介绍清楚。
本帖依旧是科普向,虽然我最我自己的能力表示质疑,不过我还是尽量使此贴面向大众(我的观点依旧是如果是物理从业人员不需要看我这种没水平的介绍)。之所以说此贴是长篇,因为我可能会为了叙述需要讲解一些数学和物理知识。不过我将尽量不引入二次量子化的概念,所以考虑的场基本上可以认为是经典场;也不会详细讲解renormalization,只会适当的提到这个概念。至于其他的物理概念,我目前还很难在开篇处做出一个总结,但是在数学方面会用到群论(主要是群表示伦)以及代数的知识,不过我会将需求降到最低,对其做一定的叙述。当然我们会用到物理上一个很重要的定性分析方法——量纲分析,具体内容我会在必要时做出一点介绍,如果想了解可以自行baidu, google, wiki (dimensional analysis)。
至于之前的string的帖子,目前没什么动力更新,不过应该会下周更新一次。
p.s. 欢迎吐槽,但请不要人身攻击。我对我的科普能力表示拙计,如果看不下去了就请拿起你的书本,继续学习吧~~~
另外有一点非常重要的要提,那就是部分内容我参考了Gorden Kane的书籍Supersymmetry: Unveiling the Ultimate Laws of Nature,这本书有中译本。毕竟手头主要是专业书籍,这本书为我提供了关于susy的历史方面的资料。


1楼2014-02-01 12:12回复
    因为刚才视频太久,没有继续写~ 所以就明天再更新吧


    2楼2014-02-01 12:13
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      好像是个前排。


      来自手机贴吧3楼2014-02-01 12:44
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        暖贴顺便留下十五字,mark之


        IP属地:山东来自手机贴吧5楼2014-02-01 14:19
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          火前留名


          IP属地:江苏来自iPhone客户端6楼2014-02-01 18:23
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            精前留名…


            来自手机贴吧7楼2014-02-01 18:29
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              cool


              来自手机贴吧8楼2014-02-01 19:53
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                顶~


                IP属地:上海来自手机贴吧9楼2014-02-01 19:54
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                  喂喂喂~ 吧主你给我敬业点啊,喂~ 正文还没有呢,你就给你精品了。。。。
                  好吧好吧,我一定努力好好写


                  10楼2014-02-02 02:15
                  收起回复
                    那么我们再回到SM上来,我们通过higgs mechanism给各种粒子了质量,基本上说就是我们可以通过SM来预言所有粒子的质量(这个说法还是有问题的),但是higgs本身的质量是哪里来的呢?很可惜,SM不会告诉我们,我们只是通过一定的论述,认为它应该和W boson以及Z boson的质量在同一数量级上(这个W和Z我们还会回来再解释的),higgs的质量不会高于200GeV,而且可信度应该是在99%以上。很可疑我没有找到这个论述,不过我可以给出一个可以让你们相信的论述,我们知道W和Z的质量的获得是通过higgs mechanism,这里有所谓的spontaneous symmetry breaking,这会给我们一个能量标度(weak scale,可以理解成弱相互作用的一个能量的标度),我们用vacuum expectation value(vev,真空平均值,真空期望值)来表示,v=246GeV(严格来讲这个数值除以sqrt2才是vev,这个数值的来源主要是分析弱相互作用过程得到的),可以告诉大家W boson的质量为gv/2~80GeV,g是一个标记如相互作用强度的常数,我们可以把它理解为e——电子电荷量,确切说它是无量纲的,就是不带任何单位,所以真正对应于电磁学的应该是fine-structure constant(精细结构常数)α=1/137。而higgs的质量应该为M_h=v*sqrt(λ/2),其中λ是一个常数,我们称之为higgs自相互作用的强度,我们完全有理由相信λ和g应该有相近的数量级(你说你不相信?那没办法,只能说你平常各种电视看多了,特别是ccav的新闻,总觉得世界很复杂,路上老公公摔倒了,你去扶一下还担心会不会被讹上),所以higgs的质量和W的质量应该不会差太多。另外可以再说一下另一个原因,那就是物理学家们不希望λ这个值太大,就和fine-structure constant一样,更具不同的定义可能会不太一样,但根据我这里的定义,不能大于4,其实要求还可以更严格,反正就是我们希望λ要小一点不会超过1这个量级;为什么呢,其实就是当这个数太大的话,我们有一个不错的理论,但是我们无法算出任何有实际用处的结果,因为我们只能运用微扰论来做计算,就是将结果写成一个级数求和的形式,而这个级数的每一项是相互作用强度(如QED中的α)幂次项,显然如果这个强度大于1的话,级数将不会收敛,所以为了能够计算出一些有用的东西物理学家们一般都期望相互作用的强度都是远远小于1的,那么我们就可以只求级数的前面几项就可以得到相当符合饰演的结果了。
                    好啦,我们说了一下SM能告诉我们的关于higgs的性质,当我们实验观测到它是,发现它只有125GeV左右,非常好不是嘛?但是我可以告诉大家,如果我们认为susy是正确的,susy可以给出我们一个重要的结果higgs的质量不可能大于140GeV(这里需要解释一下,我们考虑的higgs都是SM中的higgs),这不是一个更令人激动的结果吗?所以早在80-90年代,物理学家们就相信用不了多久我们就能发现higgs boson,不过实际上我们花费差不多三分之一个世纪才真正找到。所以我就非常想吐槽一下大米帝的国家议会了。大家应该听说了很多LHC的故事,我所住地的不远处的tevatron相信不少人也都听说过,这些东西叫做粒子对撞机,大家应该在高中物理上就接触过了,在LHC建造完成之前,tevatron就是全世界最牛的对撞机了,衡量对撞机的牛逼水平的是它所加速的粒子的能量,能量越高水平越牛,我不是做实验的,对具体的参数说法不是很清楚,反正就是以能量来衡量对撞机的水平。tevatron是1TeV,它的最高成就是帮我们找到了top quark(应该是在12年吧,tevatron都快寿终正寝了,虽然在此之前有很多迹象了。不过目前尽管tevatron已经停运了,但是数据分析依然在继续);而LHC则是预计最终达到14TeV,牛逼多了,也就是这家伙导致了tevatron的“死亡”,尽管它命途多舛,不过还是为我们带来了higgs boson。不过早在LHC的计划之前(这几个计划很久了,虽然09年才正式完工),大米帝就曾有过一个40TeV的对撞机计划——SSC(Superconducting Super Collider,昵称Desertron,总感觉大米帝的人有趣得多),没记错的话应该是83年开始规划,87年上马,91年开始建造,但两年后计划便终止了,而实际上当时选址已完毕都开始挖隧道了,进度还不算慢,美国政府批了40亿的资金,预估可能要超过百亿,终止时已耗费2亿(也有传更多的,比如说20亿),这些钱后来花到哪里了呢?其实不用说大家基本上也心知肚明,太空计划上了,因为这个方向对军备的支持更大。后来SSC的设施闲置了好久,我想weinberg听到SSC下马的消息时应该快给气死了,毕竟他为这个计划也付出了很多,而另一名诺奖得主anderson一定高兴坏了(他是反对这一计划的一名重要人物,原因在我看来多少有点可笑,ssc将会挤掉其它领域的研究经费)。番外篇结束,基本上就是想说,如果SSC没有终止的话,我们应该会在20世纪第一个十年就能看到higgs那只super partners了。
                    susy可以给出higgs质量的严格限制,而且与目前的实验结果符合的很好,这仅仅是一点令我们目前关注susy的原因。另外一点就是susy是一个TeV能量级的理论,就我们目前看来,我们完全相信在TeV量级下我们就能观测到susy的某些预言,所以现在人们对LHC抱有着极大的希望。而为什么说monopole还有点遥远呢,其实目前能给出monopole的理论(不考虑string theory)就只有GUT,而GUT的则是10^16GeV能量级的理论,不知道大家有没有懂这个数字的含义,不懂的话快回去看初中数学书吧。。。所以说在SM完成它的使命之后,我们所期望的下一个最有可能证实的理论便是SUSY。


                    12楼2014-02-02 05:20
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                      大家会发现我到现在还没有开始讲susy,原因很简单,因为我们有很漫长的准备工作,就和每一本susy的教科书一样,总要看看历史,讲一讲为什么需要susy,然后回顾一下SM。所以长篇就长篇吧,至少目前只是打中文还不怎么费劲。
                      然后就是大家对我的叙述有什么意见,比如说希望我速度进入正题啊,或者是语言风格啊(比如说lz你吐槽太多啦),速度提出来,要不可能以后改动起来就比较麻烦了。
                      突然发现我breakfast拖成了brunch,brunch拖成lunch,lunch也快拖成linner了。。。果断吃饭去。
                      看看今晚会写一下我们为什么需要susy。其实很简单,因为物理学家们比较笨,他们希望世界简单一点,于是乎就说我们需要新的对称性——susy~ 所以说,说物理学家是世界上最笨的人一点也没错,他们讨厌复杂,就和之前讲的耦合常数(我之前好像用的相互作用强度这个词,现在引入更加规范的用词)一样,太大了我们不会做,那就让他们小一点吧~ 还好上帝好像也是物理学家,他的智商也仅仅够解决这么一些简单的问题。
                      然后我想我们将会进到一个相当漫长的叙述期,我们将讲一下SM,大家眼睛是不是放光了啊,特别是男同胞们?


                      13楼2014-02-02 05:30
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                        留名暖贴两不误~lz加油吧。。


                        来自Android客户端14楼2014-02-02 07:17
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                          留名暖贴两不误~lz加油吧。。


                          来自Android客户端15楼2014-02-02 07:18
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                            顶!LZ加油!!


                            IP属地:宁夏来自iPhone客户端16楼2014-02-02 10:04
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