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。。。

@inempty @品淼斋主 @言语核火箭 @CloudK

没有细看，不过既然被at了就简单说几句。从粒子物理方面来说，SUSY并非是必须的，现在的SM已经比较精确，而且实验表面在统一理论的能标上没有任何SUSY迹象。但从理论上说，SUSY可以使得理论更加漂亮，符合第一性原理。从引力这块来说，Sugra并非是一个完美的量子引力方案，因为没有任何计算能够支持它一定在圈图level上不发散，原则上说只能一级一级算才知道它发不发散，但定性来说fermion圈和boson圈由于对易关系正好相反，所以有可能互相抵消发散，就类似N=4 super yang-mills那样。引力理论引入SUSY的一个原因是为了引入local gauge symmetry，把SUSY当作引力的规范对称性，那么引力场就是相应的gauge field.至于String，引入SUSY的原因一是为了能够描述Fermion；一是为了给出正确的真空态，就是剔除tachyon，但是不论是world sheet上用GSO projection还是space time susy，原则上来说，这两种做法也属于对SUSY一厢情愿，原则上直接引入Fermion或者剔除tachyon也可以，但就不如引入SUSY那样beauty了。不过说来也有趣，string虽然引入了SUSY给出很多beauty，但在时空维数约化的时候，又需要引入D-brane或者Calabi-Yau上紧致化来破缺SUSY…总之SUSY这东西作为数学理论当然可以研究一下，但到底真实的物理上到底是不是真实的还不好说~

@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？

超对称性吧～～一旦证实，一个全新的以弦理论为骨架的物理届诞生了

精品常顶~

前排！

已收藏，坐等更完。

楼主你这么萌一定是个妹子2333 ！「感谢文章2333」

楼主你可以把专业名词的译词写出来吗，然后把英文词写在括号里，这样我们文盲看的比较直观好理理解

好多……我竟然看完了