因为刚才视频太久，没有继续写~ 所以就明天再更新吧

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

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。

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？

为什么我们需要susy？
首先用通俗的解释一下什么是susy，我们知道所有的粒子都有一个称为spin（自旋）的属性，这里必须强调，请大家忘记经典的地球绕地轴自转的图像，spin的存在并不是告诉我们粒子像地球一样在自转，而仅仅是标记粒子本身的某一个属性，所以中文“自旋”这个词很容易给大家带来无解，我们一定要记住尽管在历史上乃至先进的教学引入时，都会做这种类比，但是spin不是真正实体在现实空间的旋转，而是像charge这个概念一样，仅仅是对粒子某一属性的标记。当然我们用物理化的语言来说，spin是内禀空间的一种旋转。（抱歉这里的说法，应该是比较有问题的，我们目前先不进一步解释了）而说量子场论告诉我们我们世界的粒子可以分为两类，一类的spin为整数，我们叫boson（玻色子，抱歉专业名词我依旧主要用英文），一类的spin为半整数（如1/2, 3/2等），我们称之为fermion（费米子），量子场论告诉我们仅有这两类粒子，不存在其他种类，粒子要么是boson要么是fermion。我无法在这里给出一个通俗的证明，feynman当年也想尝试给出一个可以给大众的解释，不过最终还是放弃了。susy告诉我们什么呢？那就是如果我们把世界上所有的fermion用boson来替换，所有的boson用fermion来替换，我们的宇宙不会有任何变化。这里有几点要解释：1）每一个种类的fermion按照susy都有其对应的boson，反之亦然，所以替换并不是随意的替换，electron必须用其对应的super partner（我们称之为selectron）替换，而不能用quark对应的粒子替换；2）我们说宇宙不发生变化，其实应该做一个更加严格的描述，因为fermion遵循pauli principle，而boson则不会，显然简单的替换会使我们自己变成一锅粥。我们所说的不发生变化，其实是指描述粒子运动的方程不变，而不是说的真是的世界。用更加物理的说法是action（作用量，注意不是lagrangian）不变，action不变就意味着描述运动方程不变；3）我们必须同时替换boson和fermion，单独替换一种不会保持不变。
我暂时想不起其他要强调的，因为我们之后还要回到非常数学的susy描述上来，所以现在说这么多应该足够了。
除去我之前提到的我们希望现实世界拥有更高的对称性以外，其实物理学家们没有任何理由引入susy。susy在物理上的起源完全不同于其他理论，像QED是为了解释电磁相互作用引入的，QCD（quantum chromodynamics量子色动力学）是为了解释quark间的相互作用提出的，甚至string theory的提出是为了解释强相互作用（虽然最后它变成了TOE理论），基本上绝大多数物理理论的提出都是为了解决某一问题或矛盾才被提出的；而susy的提出过程完全不是为了解决某一现存的问题。
就我所知，最先提出susy这个思想的是hironari miyazawa（日本人，不知道中文是什么），他只是指出meson（介子）和baryon（重子）之间存在对应关系，不再详述了。后来又有几位美国人和苏联人分别在一些空间维度小于三维的量子模型中再次发现了susy，具体的情况我也不是很清楚，没有看过原论文。不过可以知道的是，susy的提出完全是个意外，仅仅是因为一群人无意中发现了一个模型，而这个模型的本身很有趣（多了一种对称性，对物理学家和数学家来说就是有趣的事情）吸引了不少人的研究。至少在susy的发现之初，应该没有人认为它可能成为解释世界的基本物理理论。
但是随着研究的深入，物理学家们开始发现susy为我们提供了解决particle physics的中很多难以解释的谜题的方法或是启示。
那好，我们来看一下其中比较重要的几个问题

A.
首先第一个问题是关于higgs mechanism。我们之前已经有过一定的叙述了，SM中对higgs field的引入应该是非常牵强的，因为他的引入并不自然，higgs field之间的相互作用的形式非常奇怪，简单来说就是我们必须要求higgs field必须有虚数的质量（这里说的higgs field和我们所说的higgs boson是有区别的，higgs boson还是真实的质量的。这只是我一个非常错误的叙述，但是这么说比较简单，以后到了比较数学的部分会有更细致的解释。不过也可以说一下就是这个表述其实是说higgs field的势能中有一个场的平方项，这一项的系数不同于其他的field，必须是负数。、）。而susy的引入可以使我们非常简单的获得符合要求的higgs field，也就是说我们的higgs mechanism并不是随意引入的，而是一个高层理论必然推论。而要使susy能够提供higgs mechanism，那么有一个非常重要的事情就是我们必须要求top quark的质量异常的大（甚至要比W和Z boson的质量还要大），所以在90年代物理学家发现top存在的迹象时，有人将其视为susy的一个间接证据。并且susy给出了higgs boson的质量上限，而我们的实验结果与之符合的相当好。
其实和higgs boson相关的还有另外一个问题，不过我们最后在讨论。
B.
再就是astrophysicist和cosmologist发现了宇宙中存在dark matter，而super partners中最轻的粒子（LSP）将会是dark matter最可能的选择。这里稍微解释一下，SM告诉我们重粒子是不稳定的，会发生衰变，比如说neutron会衰变成proton+electron+antineutrino，再举个例子，neutral pion（一种meson）会衰变成两个photon也可以衰变成neutrino+electron+positron，而且这些重粒子最在的时间都非常短，很快就会发生衰变，就我们目前所知寿命最长的重粒子就是neutron，寿命接近900s，其他重粒子寿命远远小于这个数值。所以对super partners来说也一样，如果它们确实存在，那么也主要是一些质量较轻的粒子。当然dark matter还有其他的一些候选者，比如说是axion（strong cp problem中引入的粒子），我们不做讨论。
这里可以对dark matter做一个简短的说明，有人会说neutrino不是他的候选者吗？我们要说我们这里强调的是cold dark matter，而neutrino即便是dark matter的一种，那么他们也属于hot dark matter，并且这部分在dark matter中占得比重实在是太小了。所以我们经常讨论的dark matter就是指cold dark matter。由于dark matter通常被我们认为不参与电磁相互作用，这也是它被称为dark matter的原因，所以我们通常认为dark matter的候选粒子应该是中性的，另外他们也是相当稳定的，不会轻易地变成matter。所以一般认为dark matter的主要候选者，就是photon, Z, higgs boson以及neutrino对应的super partners。
C.
再就是关于引力的问题。我们通常认为自然界中有四种基本相互作用，电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用和引力，SM便是统一前三者的相互作用，我们认为其对前三者做出了相当精确的描述。而至与引力，目前我们所拥有的最具可信的的理论便是einstein的general relativity，其对引力的描述精度可以说比SM还高（特别是QED部分），参考脉冲双星体系。但是很可惜的是GR不是一个量子理论，目前来看它还无法和量子相融合，而物理学家们迫切的希望得到一个量子化引力的理论。
而susy提供了一种量子化引力的可能性，称为supergravity，当然现在我们知道单独的supergravity不是一个正确的量子引力理论。不过在我们最用可能的TOE理论的被选中string theory也离不开susy，只有通过susy我们才可以在string theory中引入fermion，并且随之带来了一个更加欣喜的结果，superstring当中是没有tachyon的。（这里我不做更多的解释了，因为我原本的计划未必会讲道supergravity，不过我们说supergravity依然非常重要，它的几何结构在11维空间中具有最简单的形式，而同时11维空间也是目前认为的引力理论的最大可能维度。这些讨论或介绍远超过我的预期，肯定不会再提到了）
不过尽管我们不会深入的讨论supergravity，但是我想说，在引入susy后得到supergravity是很自然的事情。目前我会简单的告诉大家，susy不是一个我们现实时空的对称，也不是所谓内禀空间的对称，而是这两者共同的对称性，我们应该还会在后面提到这个。另外如果我们引入某一对称性后（一般是先考虑为全局对称性），会很自然地将其推广为局域对称性。你目前不需要懂这些概念，应为我后面会在SM的介绍中讲解。而现实时空的这一局域对称性必然会引入spin-2的graviton（引力相互作用对应的粒子），当然因为susy还有内禀空间对称，所以同时引入了一个spin-3/2的gravitino——graviton对应的super partner。
所以在susy中对我们的时空概念加以了扩充，这也是既einstein的GR之后，物理学家有一次对时空概念的革命，我们得到了所谓superspace。
D.
其他的一些启示：susy也许还不能回答这些问题，但是会给我们解决这些问题的启示。1）proton decay，为什么质子相当稳定不会衰变。2）generations of matter，为什么我们有三代基本粒子。3）matter和anti-matter的不对称性，为什么我们宇宙中主要是matter。
然后我们将再次回到higgs mechanism上来，讲一下关于hierarchy problem的问题，同时我们将看到susy给我们带来实现GUT理论的希望。
什么是hierarchy problem，我真的不知道它的中文是什么，直译过来就是等级问题，接下来的叙述可能不像之前那么简单了，回来点数学，甚至很多你可能没见过的概念，不过只需要抓住重点就好了。这个问题简单来说就是为什么weak scale（大家知道我在说什么吧，我前面提到了，这里在解释一下，你可以理解为higgs boson的质量）是100GeV，而引力的scale（就是引力的量子效应会相当显著，而是我们不得不考虑量子引力是的能量）是planck mass=10^18GeV。前者是SM的适用的能量标度，远大于这个的话SM将不再适用；后者则是我们认为的TOE的效果显著的能量标度，在这个能量之下，引力还可以用GR来处理。这两个scale之间存在着一个巨大的理论空隙，为什么会有这么大的空隙，这就是hierarchy problem。显然在物理学家看来这是不自然的，如果SM是一个非常接近于TOE的理论的话，显然它应该能平滑的过渡到TOE。哦，对了，我忘记解释什么是TOE了，TOE是四种相互作用完全同意的理论，在TOE的能量标度下，四种作用力不可区分，其实就是一种，这又是物理学家的智商在作怪，他们总希望世界是简单的。而weak scale和planck mass相差如此巨大的数量级，我们没有理由相信SM可以平滑的过渡到TOE。
好了今天就先到这儿，争取明天更新hierarchy部分

恩，对啦，插一段内容。刚刚说我们的世界中有四种基本相互作用，这一个说法就我来看我不是很赞同。基本应该是说的最为基本，而不是常见或简单，所以说我比较赞同说是四种常见的相互作用。除这四者之外，现今物理学家应该会同意还有其他基本相互作用的说法，即便在SM之内，也是。
1）dark energy，当然也可以归到一种引力效应，不过再怎么来看dark energy和通常的引力还是很不同的。它是使宇宙加速膨胀的一种力量，所以可以看成一种相互作用。
2）yukawa interaction，higgs boson和fermion的相互作用，没有这一相互作用，所有的fermion将和photon、gluon一样没有质量。
4）φ^4相互作用，还是和higgs有关，是higgs boson的自相互作用。（当然这里只是认为higgs field的势能只包含了二阶项和四阶项，二阶项和质量有关，这是renormalization的要求，高阶项是non-renormalizable的。不过我们也完全有理由相信higgs field的势能具有复杂形式）
5）一切beyond SM的模型都多少引入了新的相互作用，尽管这些模型都还未得到验证，但是可以提一下，neutrino的质量应该是已通过某种特殊的相互作用获得的。
所以之前有一次在哪个吧里发帖回复人家说主流观点认为不知四种相互作用，结果被某小吧喷为“这屁真臭”，让我实在不爽。
牢骚结束，准备睡觉~

这个帖子变成我的自high了。。。

@foozhencheng
什么特斯拉线圈？youtube上这类视频不是很多吗？什么神话不神话？

郑重声明，lz本人最多是可爱的男孩纸，和萌妹纸一点也不搭边儿。。。话说为什么我在哪个社区平台都会被当成妹纸呢。。。
另外最近身体不适，真的是有心无力，更新速度比较慢，请大家见谅。另外估计这个帖子非常非常的长，所以也无需着急。
CloudK大神的评论请大家也视为此贴的一部分吧，尽管我个人和大神对susy的态度不太一样，但是他的评论应该比较正确吧（恕我知识有限，我不知道除去引入susy以外有什么方法可以在string theory中自洽的引入fermion以及除去tachyon，所以我只好说比较正确了）。不过本帖不会涉及string theory，也不会考虑supergravity，所以很多问题就避而不谈了。
lz个人认为susy至少部分应该是描述了真实世界的（如果上帝没选择这个方式来创造世界，那我只好说what a pity了，我要是上帝肯定可以造出更好的世界来），而且在beyond SM中，susy是目前看来应该是最系统也是最有可能被正式的理论，我们已经说过目前物理学家认为susy的能标应该是在TeV，也是目前比较系统而且概念较广的理论中能标比较低的理论了。所以科普讨论一下没什么坏处。如果真的得到证实，则susy将是第一个纯理论提出的物理理论了。（不要吐槽这句话，懂的自然懂我的意思，不懂的就当它是胡说好了）
另外其实lz已经写好了hierarchy部分，不过拿给女友看，她表示看不懂。所以lz再考虑是进行以下修改还是先讲一下SM。
最后再说一下，本帖的目的主要还是科普，所以难度还是会考虑大众的，至于英文的问题，我想还是再次说明一下，专业名词明显是英文比较好，习惯了没什么坏处。本帖主要是讨论N=1情况下的susy，最后可能也就是讲讲wess- zumino model，不会深入到像MSSM和susy GUT这样的内容，supergravity啊，N>1的情况啊，这种复杂的东西也很难科普更主要的是讲起来也太麻烦了，留给大神们做普及吧。（另外，N=1时可以直接给出chiral matter，N>1时则必须引入symmetry broken，对于susy来说自发破缺并不容易）
由于内容的关系，很用可能此贴会变得比较像讲SM，毕竟我感觉susy的思想也是SM思想的推广，所以先花点时间讲讲SM没什么不好。
p.s. 请大家在注意一点，我前文中关于susy历史的叙述可能有问题，不过内容很少，请不要介意。而且susy的提出和我们要讲的主题真的关系不大

lz很纠结啊，为什么百度如此脑残没有类似于stackexchange那种打公式的方式啊，不知道在tex中打好再贴过来很费事嘛。。。大家赶快起义，要求度娘加入tex语言的编译

最近实在比较忙，没有比较完整的时间来写，另外最近住的地方出了点事，外加上身体各种不好，所以一直在拖稿。。。