39 爱美之心

萨拉·德默斯（Sarah Demers）

耶鲁大学物理学副教授。

粒子物理学的标准模型留下了不少美学上的缺憾，也带给我们不少问题：为什么有那么多自由参数？为什么没有一种优雅的、单一的基本力来整合所有的力？为什么夸克和轻子只有三代？现在我们知道了基本粒子是如何获取质量的，那为什么这么多种类的物质及质量会与特定的希格斯场耦合在一起？为什么4种基本力的强度差异这么悬殊？对上述这些问题，很可能答案就是“事情本来就是这样”。

除了上述这些“不够美”的方面外，基于模拟和观测结果的比较我们还发现了不少破绽。宇宙加速膨胀的能量源还没有找到。在我们生活的宇宙中重子物质太少，少到很多天文现象得不到解释。从另一方面来看，重子物质又太多，多得不知道他们是如何躲过毁灭的。实际上，我们的视野中都是物质，仅靠物质-反物质的不对称性来定性，貌似又不足以自圆其说。关于这些困惑，也许我们永远得不到答案，但是毋庸置疑，我们需要推倒重来，至少需要微调现行的各种模型。这与模型在美学上是否优雅无关。

包括我在内的实验物理学家都在通过数据追寻理论之美，至少是局部之美。几年来通过在大型强子对撞机上的“能量前沿”的工作，以及世界各地在粒子、原子核、原子等领域的一系列缜密的测量工作，一大波所谓“新物理学”的参数分布空间被大大缩小了。理论物理学家则根据结果挖掘出一个新的方向，然后再对理论调整、推广一番。这意味着我们又要被催促着采用更为严格的实验条件了。

这种互动既有益又有趣。新的想法在这种密切沟通的环境里可以快速得到检验。尽管我们在这种探索中并不会得到结果，在非标准物理模型的研究中发现的“什么不可为”远远比“什么可为”要多，但一想到这个过程可能会发现大统一理论的新证据，我就觉得既紧张又刺激。话虽如此，由于眼下资源紧张，我们还是要慎之又慎，对基础原理要好好审视一番。

人类在科学研究中对美的追求，已经带来了科学发展的重大飞跃，科学家们得以一而再再而三地揭开宇宙基础的奥秘。在一定程度上，我们当中很多人成为科学家的原动力就是归功于此。我可不是说我们应该放弃这种爱美之心。只不过在经历了数年的数据匮乏阶段（至少在“能量前沿”时）之后，我们在粒子物理上正面临一个数据极大并且丰富的局面。在科学实践中，最终一定要用数据说话。确保这一点比什么都重要。我们手头的数据大多站在了标准模型的一方，而且正当我们考虑下一个实验做什么的时候，又有更多的数据传来了。

由于96%的宇宙仍然处在暗处、不可名状的状态，我们将理论的美学缺陷等同于不可调和的矛盾，是一种不合时宜的做法。我们还不知道暗能量是什么，也没有确切地检测到暗物质，对物质-反物质的不对称性更没有令人信服的阐述，离拥有一个优雅的理论还远着呢。理论学家们会走得更远，包括发明新的数学方法，继续孜孜不倦地探索大统一理论。实验学家们则有机会也有责任，从标准模型模拟结果和观测结果之间的差异中寻找任何可能的蛛丝马迹，为他们提供方向。当然，这里也涉及新近煞费苦心发现的希格斯玻色子。

时至今日，我们需要清醒地认识到，某些模型虽然来自出色的理论学家同事们，但也许实际上只是优美温柔的圣母玛利亚。反而，我们勤勤勉勉地、而不是抓阄式地从海量数据中挖掘、确定限制条件，貌似却被束缚了手脚，但我们认识宇宙的下一个高峰，也许恰恰就会在这个过程中产生。