我们的世界充满了对称性。人类是（几乎）对称的：我们的左侧和右侧看起来十分相似，可以说我们是沿着身体中央的纵轴呈镜面对称的。雪花也能很好地体现出这种对称性。你可以沿着不同的轴线或在不同的点上反射雪花，或者以一定的角度旋转雪花，最后得到的将是完全相同的结构。

不仅科学家所描述的物体在许多方面是对称的，而且它们的方程也是对称的。在关于守恒定律的那节中，我们认识了几种对称性。平移对称性（或“不变性”）允许我们向另一个方向移动，再次进行实验并得到完全一样的结果（在环境条件不变的情况下）。我们还了解了其他的不变性，如旋转不变性和时间不变性。甚至还有一些涉及粒子属性的对称性，比如电荷对称性。这就是说，你观察带电粒子之间的相互作用，将所有电荷替换成具有相应反值的电荷（正电荷变成负电荷或相反），会得到同样的反应。以两个相互排斥的带电电子为例，如果你把它们的电荷颠倒，把它们变成正电子，它们也会相互排斥，排斥力的强度也和两个电子一样。

是自旋让你独一无二

除了所有这些精致的对称性，还有一些无法转化为对应属性的属性。看看粒子物理学标准模型中的所有粒子，你就会注意到，所有的物质粒子都带有1/2的自旋。与此相反，所有那些作为相互作用的介质的粒子，即规范玻色子，它们的自旋均为1。另外还有一种自旋为0的特殊粒子，即希格斯玻色子。

我们肯定没法说：“这样吧，我们将电子和光子的自旋调换一下。”这些不同的自旋之间基本的区别在于，只要粒子具有整数自旋，比如玻色子，你就可以把属性相同的它们放在同一个地方，数量多少都可以。这就是一个盒子里的光子数量没有限制的原因。但对于费米子，即自旋为半整数的粒子而言，这是不可能的。这种现象在原子物理学中也被称为“泡利不相容原理”。对于两个电子而言，如果没有至少一个量子数（一种量子力学性质）的变化，它们就不可能存在于同一个地方。

让世界变得超对称！

但如果费米子和玻色子之间存在对称性呢？如果每一种费米子，也就是每一种物质粒子，都有相应的超对称粒子，它们具有完全相同的属性，只不过后者的自旋为整数，玻色子也是如此，怎么样？理论家提出了这样一个想法。这种新的对称性叫作“超对称性”——这个名字取得可真不谦虚，是吧？

很显然，自然界并不具备超对称性。费米子也都没有超对称粒子，否则我们早就看到它们了。但如果不是精确的对称性，而是某种不完整的对称性呢？大自然的几种对称性都是不完全的。许多雪花都不完全对称，但通常我们总是选择给漂亮的、对称的雪花拍照。还有，人体也不是完全对称的。心脏略微偏左，胃也是，肝脏偏右，有时甚至连外在的部分也略微不对称，比如本书的一位作者的鼻子（为了不透露身份，我们称他为L先生）。所以，世上也可以有不完整的超对称性。这就使得粒子可以拥有质量比其高得多的超对称粒子。因此，完整的对称性意味着对称粒子得具有与原粒子相同的质量（我们还没观测到有这样的粒子），而不完整的对称性意味着每种类型的粒子都有它的超对称粒子，只不过它们的质量不同而已。

虽然这只是一个想法，但它是个好想法

到目前为止，我们只聊到了理论家的一个想法。这个想法能带来什么好处呢？这么说吧，超对称性简直是太美了！只要能让描述我们世界的公式变得更加对称，我们就感到心满意足。想想告诉我们电和磁的现象基本上一样的麦克斯韦方程吧，它就是个典型的例子。但超对称性的重要性不仅仅在于它是美的，还在于它能帮助我们解决不少标准模型无法很好解答的问题。第一个是关于力的统一问题。麦克斯韦（此处指的不是书中的狗狗角色，而是人类物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦）把电力和磁力统一到了电磁力上。物理学家格拉肖、温伯格和萨拉姆成功地证明了电磁力和弱力可以统一为电弱力。但到目前为止，我们还不能建立起电弱力和强力的统一。超对称性有助于我们建立起一个所有基本力（不包括引力）都统一的理论。但不仅如此。人们还预测一些超对称粒子极有可能属于暗物质——虽然我们在宇宙中观测到了暗物质，但我们还不能对它们做出解释。

寻找超对称性

因为超对称性有助于解决上述所有问题，实验物理学家竭尽全力去寻找证实超对称性存在的线索。可目前情况并不乐观。到现在为止，还没有人观测到超对称粒子。物理学家尝试着在粒子加速器的高能碰撞中产生超对称粒子。大家普遍认为“最轻的超对称粒子”（LSP）是暗物质的候选者。它是稳定的、中性的、几乎不参与任何相互作用，所以它无法在粒子探测器中留下痕迹。不过，因为与LSP一起产生的还有其他粒子，人们可以测量其他全部粒子，之后会发现缺少了一些粒子。缺少的那部分粒子和标准模型中的任何粒子（如中微子）都对不上号，这样一来人们就可能找到LSP粒子了。但大家的搜索目前还没有取得成功。这种情况有几种可能的原因。人们理所当然首先会想到的原因是：超对称理论是错的。如果超对称性压根不存在，超对称粒子自然也找不到。另一个原因是：超对称粒子实在太重了，所以我们无法发现它。粒子越重，粒子加速器要让它出现就需要更多的能量。像LHC这样的粒子加速器不断提高能量的原因就在于此。我们的搜索还会继续，也许还会建造更大的加速器。我们这么做是因为超对称性太棒了，若它只停留在想法阶段实在可惜。