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http://www.chinablog.com/user2/glory/archives/2006/49827.shtml ??zz??????blog Witten??????Brandeis University????? ??????George McGovern??????Ч?? ???????????????????????? ??????Princeton???о??? ????????????????????λ 28?????????????? 90???????????...... ?????????????????????????????? ?????????????? ??????????? ??????? ?????? ?????淶???? ???M?????????????...... ??????Q?? - ?S??(Ed Witten) ?? ????????????????????????????????????D?M???v???????C?????????????f????f?????(the theory of everything)??????????????????????Q????? ????????h??????????^??????S?????l?????????Marston Morse?o?????v?????????????????S??λ???W???????@?????v??????(the Institute for Advanced Study) ???W????k??????^???????D??????????W???????????s???????????????????Щ????W???????????????o??????W??????R????????s???????????????????????????????????v?????v?????????????????????K?O????????????}?--Index theorems and superstrings???????????????????? ?????S???????????????????}?????r?g?????????o??????Щ?|???????????P???^???????f?????????????????????l???{??????????????????о??????????z??????????????l????l?????????????????????????v???????????^??????????????????а????S??????f???? ?S??o?????v?????С?r?????????????????????????????????f--?@???????????????? ??????????????????????^???@?????????????????????????????????????Л]????N???}???????]????N???????????@Щ??????????^?X????????]???F????@??δ?????S??????v?к?????Щ??????~???磺????????(tensor)?????????M?????(left-handed fermion)??????-??????????(Yang-Mills gauge groups)?????????????^?? ???????(Freeman J. Dyson)?????????(Infinite in all directions)????@?????v??????????????????v?r?????????????????????(Julian Schwinger)????????v?????????????????W?????(Robert Oppenheimer)???????W?????????????????????????????W?????????????v?????f?^????????????????v?r??????V????????????????????????v?r????????V????????????@??????????S??Y?????v?r???????????]?????????W???????????????????u???????????o?o??????????????????????????????????}???????????????Z?????????}???????Л]???????????????l???????????????N?o?????????????????????v?d?r????????S???????????????????????????????}?????@?????????r?????????????????????????????????N?????????????F???????????κ??P????????S?? ???}????????????]???κδ???? ????B??????????????k????????v????^?m??????ξ????????????????????S????????????????????????????????c?v???? ???????????witten??????? ???????????witten?????????...... Atiyah????????????witten: ???????????????????????????????????????????????????????????????γ????????磬???????????????????????????????????????????????????????????????γ??????????к?????????? ????Witten???????? ???: ????????? ??????Witten????????,????????Witten?????,?????????????,?????????????,??????????????????????,????????????????,???????п?,?????????鴫! Witten???????????????????????,?????????,???????????????????: 1.Witten???????????ν??Atiyah-Singer???????????·????????????????; 2.Witten?????????Morse?????и???????,?????????????; 3.Witten????????????????????????????Spinor???????; 4.Witten?????????Kac-Moody??????????????????; 5.Witten?????????Donaldson?????Floer?й?; 6.Witten?????????Jones?????????????????3???????; 7.Witten??????????????????????????????KDV??????; 8.Witten???????????ν??Donaldson?????????trivial??; ???к????,??????о??? ??????Witten?????????????????????: 1.IAS?????Seiberg?:"??Witten??,????????????"; 2.Caltech????John Schwarz?:"??Witten??,????????????"; 3.Columbia????Green?:"??Witten??,??????????????"; 4.????????????:"??Witten??,????????????????"; ?????,???к??,???????? ?????Witten????Щ????????????,?????????????????????,???????????? ?? [ Last edited by cgyyh on 2006-5-29 at 00:09 ] |
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[转帖]弦理论大师威滕谈超对称 发信人: qingmingtu(老六), 信区: Science 标 题: 弦理论大师威滕谈超对称 发信站: 瀚海星云 (2006年02月16日21:40:19 星期四), 站内信件 WWWPOST 爱德华·威滕博士是国际著名的数学家和物理学家,现任普林斯顿高 等研究院教授;为美国科学院院士,英国皇家学会外籍院士。 他于1951年8月26 日出生于美国马里兰州的巴尔的摩。早年就学于布 兰戴斯(Brandis)大学,1971年获得学士学位,而后分别于1974年和1976年在 普林斯顿获得硕士和博士学位。然后他前往哈佛大学,1976～1977年为博士后, 1977～1980年为初级研究员。1980年9月威滕出任普林斯顿的物理学教授,并一直 延续到1987年他出任高等研究院自然科学院的教授。此后,1997～1999年, 查尔斯·西蒙讲座教授;1999～2001 年,加州理工学院的访问教授。 1985年威滕获阿尔伯特·爱因斯坦奖,并于同年获国际理论物理中心颁发 的狄拉克奖。然后在1990年,他获得了被称为数学的诺贝尔奖的菲尔茨奖。1997年 他获美国科学成就金奖。威滕至今已经发表了280多篇文章,被引用次数超过6万次, 平均每篇超过两百次,是迄今为止论文被引用总次数最多的物理学家。2005年8月 11～16日间在美国费米国家加速器实验室召开了第22界国际高能轻光子会议,威滕 在会上做了关于超对称的报告。 从标准模型建立到现在三十多年以来,它的绝大多数方面获得了越来越好的验证 ———这甚至包括了CP 破坏和最近报告的有关顶夸克的一些性质。然而,标准模型 中也有一部分内容人们仍然知之甚少,至今没有获得明晰的实验信息,那就是弱电对 称性的破缺机制。为什么弱作用在日常生活中远没有电磁作用那么明显? 长久以来, 这个问题一直使得人们相信新物理是应该存在的。而且不少人也相信,我们现在也许 正接近发现这些新物理的边缘。在以后的几年中,无论是在费米实验室还是在LHC (欧洲核子中心的大型强子对撞机,正在建造中) ,实验肯定都正在接近决定性的阶段。 为了让弱电对称性破缺,人们往往需要引入一些新的粒子,但也可以通过其他一些 特别的机制。在现有的各种弱电对称性破缺机制中,最简单的是原始电弱理论中所采用 的方式:它只要求附加一个基本的希格斯(Higgs) 粒子。从整体上来说,除了有一些很小 的不一致外,这个机制与实验数据符合得很好。在标准模型中,这个机制还进一步表明希 格斯粒子的质量应小于约200GeV。与之对应,还有其他一些机制。但在这些机制中,有些 除了要求有一个基本的希格斯粒子之外,还要求有许多附加内容;有些则尽管不需要 希格斯粒子,但实际上也以很多其他东西作为代替。 对于现有的和正在计划(建造) 中的加速器来说,只要求存在一个基本希格斯粒子的 “纯”标准模型实际上是惟一一个不要求有一大堆新粒子的理论。这个理论有诸多优点:简 单;与大量实际数据符合得很好;解释了很多原本将成为疑难的东西,比如为什么味改变 的中性流以及破坏重子数守恒、轻子数守恒和CP 对称性的相互作用过程会被压得很低。 但是从根本上说,尽管已经付出了很多聪明才智,人们实际上还是不知道怎样对标准模型 做一个完整的、令人满意的扩充。 换个角度,其实即使撇开这一点,绝大多数物理学家也都认为只包含一个希格斯粒子 的最小标准模型不可能反映了粒子物理的所有内容。这其中最主要原因是在这样的模型 中存在“等级(hierarchy) 问题”①:一个标量场可以有裸质量m2 ,这是一个在量子修正下 不稳定的量;在标准模型中,对m2 的重整化是平方发散的,因而如果标准模型在某个质量 标度M 处截断② ,这将导致一个量级为αM2修正,这对于m2 nαM2 来说是不自然的。在一个 依赖于弱电对称性自发破缺的模型中,这个问题不仅影响到希格斯粒子的质量,也影响到 与之联系的标量场的真空期望值,从而影响到其他所有通过规范对称性破缺获得质量的粒 子———W粒子、Z 粒子、夸克和带电轻子。因此,如果标准模型不能在一个大约1TeV的能标 之下自动“截断”并根植于一个更丰富、从而能够有效压制希格斯粒子质量紫外发散的结 构中的话,我们就不能够自然地使W和Z 粒子拥有80～90GeV的质量,也不能自然地使希格 斯粒子具有不大于200GeV 的质量。对这一问题的不同解决方法将导致对标准模型的各种 不同扩展。并且这个问题的重要性还在于,它将在决定未来物理发展的各种问题中处于中 心地位:对弱电对称性破缺的不同研究结果将促使人们朝着不同的方向前进。人们已经与 这个问题争斗了好多年。与此同时,观测使人们注意到另一个需要类似微调,因而值得一 提的现象———宇宙的加速膨胀:它要求有一个很小但非零的宇宙学常数,或者一种更复杂的 “暗能量”形态。这事实上给出了一个与希格斯粒子质量类似的微调问题。标准模型中,真 空的能量是4 次方发散的:在最简单的近似下可以将每个有动量k和能量Üω= k2 + m2的玻 色或费米模式的零点能±Üω/ 2 简单相加,对k 的积分±∫d3 k k2 + m2 是4 次发散的。于 是我们最多只能说真空能预期将是M4 的量级;这里M 是某个截断能量,在这一能标上“某 些其他过程”起作用,对真空能的贡献被截断了。实验显示了这一真空能为(10 - 3 eV) 4 的量级, 而10 - 3eV 低于任何可能的标准模型的截断能标———这实际上更接近于中微子 质量的能标,但到目前为止还没有人能解释这一点。对真空能的微调问题还没有好的解释。 现有的这个问题使人不得不经常提一下另一种思路———但这并不表示它就是值得认同 的。这就是“人择理论”。根据这个理论,现在这个很小的宇宙学常数并不是通常意义下自 然规律的结果;自然规律允许有极丰富的、可在宇宙空间各处实现的各种物理状态,这些 物理状态可以对应各不相同的宇宙学常数———我们生活的区域里宇宙学常数很小仅仅 是因为,否则的话这一区域将过快地膨胀冷却,以至于生命形式根本就来不及出现。一旦 我们对宇宙学常数的微调问题采用了这种基于人择原理的解释,那么这个途径显然也同样 适用于其他微调问题,比如希格斯粒子的质量问题:如果希格斯粒子的质量,从而W和Z 粒 子,夸克和轻子的质量都增大很多的话,就肯定不会有我们人类。比如当这些粒子的质量 接近普朗克能标的量级时,如果聚在一起的粒子的个数稍微多一点,它们就会塌缩成为黑 洞。更一般地说,如果所有基本粒子质量都比现实中的大一个因子N ,那么恒星和行星中 所含的基本粒子数目就要减少一个因子N - 3 , 于是对一个中等大小的N ,所有的恒星都 将停止发光。 如果人们通过实验在标准模型预言的能量范围内找到了希格斯粒子;而(甚至在LHC 的能量上) 能够进一步表明自然界是如何解决微调问题的物理结构却没有出现,那么这肯 定会被有些人认为是对人择原理解释的一个支持。另一方面, (实际上) 现在没有人能预 言现实到底会是怎么样。真正看好人择原理的物理学家反而更倾向于争论说,如果像希格 斯粒子质量一类的微调问题可以有合理的解释,那么宇宙中这种机制明显起作用的区域就 会远远多于那些这种机制作用不明显的区域,在那些区域中希格斯粒子的质量只是因为某 种偶然因素才取较小值。因此,每个人看起来都同意一件事:我们希望加速器不仅能带来 希格斯粒子,而且也能带给我们一个能“稳定”弱电对称性破缺能标的机制,它应能同时说 明为什么希格斯粒子以及其他粒子不会比现实中的更重。 人们已经假设了不少这样的机制,比如“无希格斯粒子”模型———基于对称性的自发破 缺;包含“膜”和高额外维空间,及可能的强动力学;“小希格斯粒子”模型———希格斯粒子由 一个赝哥德斯通(pseudo2Goldstone) 玻色子充当;超对称。所有这些机制的一 个共同特征是没有一个模型是完美的———所有已知的途径都冒着破坏标准模型的某些成功 之处的风险。讨论所有的可能性是不现实的,所考虑的这几类模型的范围在过去几年里发 展得太广泛了;当前有许多新的假设实际上更多地是针对过程而本身并非模型。 因此本文的后半部分将专门阐述其中一个广受关注且极有趣的途径———超对称,所有 的讨论将主要针对这个模型中已知的一些优点及不足。先说优点:超对称可以使小的希格 斯粒子质量变得自然;超对称是一个更大的物理图景的一部分,而不仅仅是一个解决等级 问题的技术方法; sin2θw的实验值倾向于支持超对称的大统一理论;经受住了电弱理论的 精确检验;支持重的顶夸克质量。超对称是将玻色子与费米子联系起来的一种新的独特的 对称性,这在某种意义上解释了费米子的存在。将玻色子与费米子相联系也使得解释小的 希格斯粒子质量成为可能,因为我们知道为什么小的费米子质量可以是自然的。这至少成 了超对称如何解决微调问题的一个苗头。超对称继承了大统一理论的各种成功之处,考 虑到当前sin2θW 和质子寿命观测值的限制,大统一理论的超对称版本是仍然可行的理论 之一(这一点并非所有的大统一理论都能做到———译者) 。因此我们也应该牢记大统一理 论的优点,这些优点从它们自身来说就是根本的。主要有:使在标准模型中显得一团糟的 夸克及轻子量子数变得有意义———标准模型中的每代夸克轻子场按其左右手不同分别属 于SU(2) ○×U(1) 的5 个不同表示,但这些场在大统一理论中可以简单地集合进SU(5) 的 两个表示5 +10 或SO(10) 的一个表示16 ;由低能数据导出的大统一能标MGUT相对接近普 朗克能标———高得足以避免在质子寿命问题上引发灾难;70 年代末期提出的基于大统一理 论的中微子质量mν～M2W/ MGUT～10 - 2eV 现在表明显然是近似正确的;大统一干净利 落地与弦及量子引力相联系;观测到的宇宙微波背景辐射的涨落可以自然地(但是带点猜 测地) 通过一个接近大统一标度的暴涨时期来解释。 简短地说,大统一理论本身是很诱人的。但实际上只有在结合了超对称以后大统一理 论才有意义,这又有两个原因:只有包含了超对称以后,才有sin2θW 的实验值与大统一理 论间的一致;不包含超对称时,理论预言的大统一能标及质子寿命都显得太小。因而,大统 一理论的成功鼓舞了人们对超对称的寻找,而超对称的发现也必将为大统一理论增 添吸引力。还应强调,超对称不仅仅是对等级问题的一个解决方案。它还是①一个新的、 独特的对称性原理;②一幅更吸引人的大统一图像中的一部分; ③一个更雄心勃勃的弦理论 中的基本组成部分。实际上,超对称概念的出现在历史上至少有一部分是由于它在弦论中 所充当的角色。实验上发现超对称必然对弦论有巨大推动作用,去认识如何让超对称破缺 也许可以为弦理论家们提供继续前进的关键线索。更进一步,当其他一些针对小的弱电能 标的理论———像组分希格斯粒子模型———不时地陷入困境时,超对称则与电弱理论的精确检 验保持着一致。而且无论好坏,当今所考虑的超对称与那些20 年前认为可行的是一样 的。事实上,那些旧模型仍然可行是因为顶夸克质量最终被发现足够重,且正如弱 电对称性破缺所要求的那样。(这也不全是好事:模型停滞了,一些问题却一直没有解决。) 除此之外,超对称同样存在一些问题。最明显的就是:尽管人们已经期待了很长一段 时间,超对称至今没有被发现。比如说,回头看看1993 年的轻光子会议的总结发言,超对 称是早在10 年前就已经被大卫·格罗斯(David Gross) 描述为是“标准的非标准模型”了 ———这到现在已经有很长一段时间了。然而,至今没有发现超对称尽管让人失望,但大体说 来也并不奇怪。如果荷电超对称伴子①的质量只比MZ 大一点点,那我们就不会到现在还没 看见它们。超对称伴子从弱电对称性破缺和超对称破缺两处获得质量,因此它们将自然地 比只靠弱电对称性破缺获得质量的Z 粒子更重一些。但是这其中某个粒子的缺失也许确 实会让人们觉得有些难堪———希格斯粒子。如果假定最小超对称的粒子谱,在树图级有 MHiggs < MZ～91GeV ; 而顶夸克会导致大的辐射修正,希格斯粒子的理论质量限通常认 为是MHiggs <130GeV。与之对应,实验上有MHiggs > 114GeV。因此理论和实验尚没有明 显冲突,但这种乐观的估计显然依赖于存在很大的辐射修正。这将导致需要一些不为多数 模型所看好的耦合,或者导致要求超对称伴子有非常大的质量以至于MZ 看起来太小,从而 就不自然了。总的来说,尽管现在还没有什么冲突,但MHiggs的确切数值肯定将有助于澄 清不少事实。如果像LEP 所暗示的那样,这个值是115GeV ,那就太好了。 从另一个层面看,如果超对称能对标准模型有所简化,那它将更让人信服。这样的简 化包括比如:希格斯粒子会是电子的超对称伴子吗? 遗憾的是,答案是否定的。在这类方 向上做尝试的模型没有获得成功。因此最小超对称标准模型将粒子数实质性地翻了一 番。像其他许多试图解决微调问题的尝试一样,超对称也确实使标准模型的一些成功之处 复杂化了: (1) 标准模型的一个成功之处是自动保持了重子数和轻子数守恒,这是因为标准模型中的 场之间没有破坏这些对称性的(微扰) 可重整耦合项。这个特征在超对称模型中丧失了, 此时各种可重整的相互作用可能导致质子灾难性地衰变。为了克服这一困难,人们最常用 的解决方案是要求一个新的对称性,称为R 宇称;但这只是一种可能性,并非必然。(2)由 于引进了包含超对称伴子的新的圈图,超对称也有可能使标准模型在压制味改变中性弱流 和CP 破坏方面的成功得而复失。(3) 超对称在大统一能标下引进了质子通过5 维算符衰 变的新过程;考虑到当前质子寿命的实验限制,这对很多模型来说都是个困难。 除此之外还有超对称如何破缺的问题。超对称破缺主要有两种途径:引力媒介型——— 超对称在很高能标下破缺,然后这种破缺通过超引力传递给标准模型;规范媒介型———超对 称在大约100TeV 处破缺,然后通过规范作用传递到已知世界。这两类模型每种都有优点, 但都没有给出一条清楚地解决所有问题的道路。比如说,考虑宇宙学常数会促使我们看好 引力媒介的方式:为了使与有效宇宙学常数相联系的势足够小,就要求包含引力,从而表明 应是引力媒介型。而我们如果考虑超对称中过多的导致味改变中性流和CP 破坏的源,规 范媒介的方式将提供更明显的途径来消除它们。简单地说,我们没有一个完全令人信服的 超对称破缺图像。而这一点实际上使超对称成了实验积极研究的对象:如果我们已经有一 幅令人信服的、可行的关于弱电能标附近超对称世界的图像,我们是会更加确信现实就是 理论所预期的那样,但是当证实这一点时我们可学的东西反而就少了。而相反地,去发现 自然本身如何解决问题会显得更有意思;如果找到了超对称,每个令人烦扰的、超对称如 何在现实世界中起作用的问题都会转化为对自然界作出新的、根本性了解的机会。 简短地说,发现超对称(或者任何其他关于等级问题的解答,因为每种方案都会导致一 些恼人的问题) 最终还是要依赖于实验,这是物理研究工作中的惯例,也是标准模型出现 之前事情的正常状态。面对一大堆新的粒子和新的相互作用,揭开弱电能标超对称世界的 细节将是一个长久而复杂的问题,这同时也为轻子对撞机不断寻求更高精度,为质子对撞 机不断提高能量提供了一个极好的目标。 |
2楼2006-05-29 00:08:48
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