higgs 粒子发现前的忐忑

现在是2011年10月25日， lhc 实验正在寻找 higgs 粒子，近几个月将会有初步结果出来，最终结果将会具有历史性意义，为此写下这段时间的忐忑心情。（此贴将不断更新）

我一直认为，higgs 粒子的质量是在（140-145）gev之间，而且粒子物理的标准模型完全正确，也就是说超对称之类的新物理不会在 lhc 上被发现。

higgs 中文翻译是希格斯或黑格斯。在7月份 grenoble 的欧洲物理学会高能会议上，atlas 和 cms 实验组报告了在143 gev 的标准模型 higgs 质量 m_h 的迹象，可是在随后8月孟买的轻子-光子会上，在有了更多数据后，该迹象变得模糊了。目前所有实验的总结果是：115 gev < m_h < 145 gev；标准模型的量子力学效应暗示 m_h 在80 gev 一百多也行。由于 higgs 迹象的不清，有人猜测或许 higgs 粒子不存在，或存在于最难找的地方如120 gev （那是超对称喜欢的）。现在 lhc 上找 higgs 的方法主要是看它衰变到两个 w 粒子（其中一个是虚的），然后 w 衰变到电子之类加上中微子。因为中微子不能直接测量，这种方法定出的质量范围会有较大误差。真正好的衰变模式是到两个 z 粒子，z 再衰变到电子之类，没有中微子，但是这个模式得数据量很少。有人在综合分析 atlas 和 cms 关于 h --> zz* --> 4 轻子的数据后，似乎仍有140 gev higgs 的迹象， 见：
http://blog.vixra.org/2011/09/18/higgs-days-at-santander/
当然我们还要等真正实验的结果。

*****************
更新（11月6日）：大家都在期待本月14日在巴黎开始的强子对撞机物理-2011会议，在16日有关于标准模型 higgs 的实验报告，还有一个理论报告，该报告的题目是没有标准模型 higgs 的情况。这个安排引发猜测，是不是 cern 已经知道 lhc 什么结果了？标准模型 higgs 不对？甚至是 higgsless？我不认为这样。上周 "nature＂杂志有一则新闻关于 higgs，提到有分析 lhc 实验的人说 higgs 质量在120 gev。也有传言说有三轻子事例的超对称现象有信号出来。 最近在 arxiv 上有几篇超对称的理论文章，这几篇章文章都讨论 effective susy 做为新物理的可能性。

在超对称方面，我觉得 r-宇称破坏现在应该被认真考虑，信号应该是多喷驻加多轻子事例，没有大的丢失能量。这和所谓的 lepto-quark 的物理是一样的。

最后说一点儿 higgsless，很多人不知其为何物。technicolor 就是最简单的 higgsless 模型。

*****************
更新（11月20日）：强子对撞机物理-2011会议关于 higgs 的报告推迟了一天，似乎是因为 opera 超光速中微子的实验，那个实验在时间测量的系统误差方面作了改进，重复实验，结果仍然超光速。我是不信的，“超光速”应该有其他原因，理论上也没有令人满意的解释。

关于标准模型 higgs，结果和我期望的相反。经过 cms 和 atlas 两个实验组对其在夏天的报告的数据（2.3 fb^{-1}）结合，higgs 的质量上限已经下到141 gev（95%的置信度）。我期望的（140-145）gev 区间快关闭了，有些失望。（如果以90%的置信度，上限就是132 gev，我的预期完全错误）。实验上仍看到一些信号超出，疑为 higgs 所造成，否则的话，其上限将是125 gev。

这次会议上 lhc-b 实验倒是有些新物理，d 介子衰变到 k+k-，pion+- 的 cp 破坏好像大于标准模型预期，3.5 sigma。我也不相信这会是真的新物理。

关于 higgs 的质量，还要等分析更多数据后的结果，这次结合的结果仅是基于轻子-光子会上结果用到的数据。现在 lhc 已经有5
fb^{-1} 的数据了。

下个月12-16号，cern council week 上，higgs 的结果应该有较大更新。有传言说两个实验组从 zz*-->4l 上一个没看到一个看到微弱地 higgs 的信号。现在有实验家说 higgs 质量是119 gev。

等吧。

*****************
更新（12月2日）：higgs 的传言仍是以及120 gev 为主，也有说是没有迹象（听说参加 lhc 实验的人说 h-->2光子没有 higgs 的信号）。我喜欢的140 gev 甚至141 gev 仍然成为可能，见路透社报道：
http://www.reuters.com/article/2011/11/24/us-science-higgs-idUSTRE7AM2FF20111124
和 vixra 网站：
http://blog.vixra.org/2011/11/21/where-does-higgs-fit-best/

在理论家的眼里，目前的实验状态给出的信号因其偏见不同而不同。喜欢超对称的人看到了120，反对人择原理的人看不见140。141是高能标超对称的唯一预言（误差为1 gev），而高能标超对称就必然意味着要用人择的观念理解电弱能标。如果你既反对电弱标度的超对称，更反对人择原理的话，那你就会倾向于认为没有 higgs。

在本月13号，在 cern 的会议上将有关于 higgs 的新实验结果宣布，上午是 dg 的报告，内容是传达寻找 higgs 的情况，下午2:00是 atlas 和 cms 的正式报告，关于标准模型 higgs 的新结果。对应的北京时间大概是晚上11:00。

*****************
更新（12月3日）：终于有传言出来：higgs 质量在125或126 gev，通过双光子过程看到，见 gibbs 的博客，
http://blog.vixra.org/2011/12/02/higgs-rumour-anaylsis-points-to-125-gev/
其主要点是从各方面看这个传言像是真的，因为 cern dg（总主任）说这次的结果仍将不是决定性的，如果是140 gev，数据量够应该能一锤定音，但是125处现在的数据量不足以有5个标准偏差的精度；而且140处能用 zz*-->4l 看的很清楚，而125处则不行，125处恰好只能用双光子。所以各种传言一致，但是这似乎和费米实验室 tevatron 上的实验不一致。

*****************
更新（12月6日）：现在的传言是 atlas 的125 higgs 信号已经到达3.5标准偏差。

对于目前的传言，也是有疑点的：gibbs 在其博客上，还有一位叫 dude 的跟帖，还有同事 yq 都说过。那就是为什么2.3/fb 的数据没有信号，而5/fb 就有明显信号？数据只是多增大了一倍多。3.5个标准偏差是否太强了？我突然想起几个月前在北大听到从双光子道看见120多 gev 的 higgs，是 atlas 的一个小组分析的。记得 lep2 上的 aleph 曾分析出 higgs 质量为了115 gev。如果115不可靠，125就可靠？我当时问 tao 哥的看法，他嗤之以鼻地说，lhc 上的光子多极了，谁知道它们是哪里来的。

*****************
更新（12月7日）：毕竟 cern 的 dg 说了这次还是不能给出 higgs 存在与否的结论性判定，那么 higgs 不存在对应什么样的理论？这里要分两种情况。一是 higgs 机制本身是错误的；二是 higgs 粒子非常重，现在看不到。

其实从一开始就有理论家探讨希格斯机制不对，而研究规范对称明显破缺的情况，以前吉林大学就有一位这样做的教授。这类探讨的主要理由之一是希格斯玻色子从来没有被观测到过。其实这是没有道理的，因为希格斯现象已经确实被看到了，在超导现象里。超导现象就是一种黑格斯机制：在超导体内由于声子的作用电子对儿束缚在一起成为一个玻色子，即库伯对。在足够低温，玻色子会发生凝聚，这样就在超导体内形成一个新的真空，这个真空破坏电磁对称性，因为库伯对带有两个电荷。电磁对称性自发破缺导致光子带有质量，光子就会衰变，如同 w 或 z 有质量要衰变一样。这样超导体内就没有电磁场，这就是迈斯纳效应，光子质量分之一就是超导体的表面穿透深度。库伯对就是黑格斯场。

所以，在自然界黑格斯机制的确发生过。那么为什么电弱对称性就不能自发破缺呢？这是一个很漂亮的思想啊！但问题是，在这种情形下什么是对应的声子场呢？一种答案就是由一种超强的新相互作用产生，这种超强相互作用使得一些费米子两两结合成对，导致类似于超导现象的电弱对称性自发破缺机制。这就是所谓的 techni-color 理论。在这个理论里，希格斯粒子质量约为600多 gev。这样的理论就是我上面说的第二种情况，即黑格斯粒子很重。

我老跟人说的一件事是，如果我学完了标准模型，但是别人都不告诉我标准模型之后所有的实验和理论进展，让我猜下一个阶段粒子物理的方向，我肯定会说是 techni-color。这是一个具体实现对称性自发破缺很漂亮的想法。

可惜的是，对标准模型的精确检验实验，并不倾向于 techni-color 理论。该理论本身也存在诸多问题，如费米子质量产生问题，特别是那么大的 top 夸克质量如何产生。在你不断涂改这个漂亮的模型时，你就发现你把美女改成张飞了。

即便不用新的相互作用产生动力学的电弱对称破缺机制， 我们也可以设想宇宙中存在一种（或多种）标量场，这些场导致电弱对称性自发破缺。至于这种场是怎么来的，可以留待以后讨论。比如在超对称理论里，玻色子和费米子相伴出现，玻色子是基本的，本来就有，可以考虑用作黑格斯场。总之有了这样的任意性，黑格斯粒子可以轻下来。

*****************
更新（12月8日）：在六十年代末，weinberg、salam 把 higgs 机制应用到电弱对称自发破缺时，higgs 场仅仅就是作为基本的标量场来用的，并不管它是怎么来的。在完整确立标准模型后，higgs 的根源问题才指引着大家走到现在。在那时，higgs 标量场其实是被看作某种有效场来看待的。这种做法是源于 j. goldstone。从凝聚态物理中借用过来（整体）对称性自发破缺的思想后，nambu 也是用类似于库伯对的想法讨论问题。在nambu 之后，goldstone 引入标量场有效地取代了库伯对，使得很多问题大为简化。这就是为什么有 nambu-goldstone 玻色子（甚至只被简称为 goldstone 玻色子）、nambu-goldstone 定理等术语。

前些天有些博客上热烈讨论 salam 该不该得诺贝尔奖的问题，似乎 weinberg 才是建立标准模型最主要的人。其实这种看法都是物理不好的人才会有的。在建立标准模型得过程中，最重要的思想、最重要的做法就是用杨振宁-mills规范对称原理来统一理解电磁相互作用和4费米子弱相互作用。这是极为不平凡的看法。这种看法只在当时极少的几个人头脑里才可能有：杨振宁、mills、julian schwinger、glashow、gell-mann。而真正有的只是 schwinger 和他的学生 glashow，后者后来写出了正确的电弱统一规范对称结构。我相信这也是 gell-mann 很推崇 glashow 的原因。（glashow 推崇的人是 andy cohen，不是现在普林斯顿或哈佛的人哦。cohen 做过 effective susy 和 little higgs 等。）weinberg 和 salam 的工作就是把 higgs 等人发现的自发对称破方法用于 glashow 的模型，这样整个理论-标准模型-就完整了（当时还是有反常哦）。当然 weinberg 功底深厚是量子场论的最大家之一，可能只有 witten 不比他差。话又说远了。

希格斯粒子也被叫做上帝粒子。

“上帝粒子”的叫法源于 leon m. lederman。他被认为是当代最好的高能实验物理学家，有好几项一流的工作，其中一项让他和同事们获诺贝尔奖。他写了一本非常值得一读的高能物理科普，就叫《上帝粒子》。这个名字容易令人误解，但是我觉得它或许有意味，它有终极的意思，即这是粒子物理能发现的最后一个粒子。（如果不久 lhc 上发现很多新粒子，那这个名字就确实不该叫。）

*****************
更新（12月10日）：在 yahoo! 的新闻里有一则联合通讯社的文章，明确说这次新结果将把 higgs 的质量上限下移。我估计这个上限将变为 130 gev。很多人会认为这是 tev 超对称，对我则是难以理解的事，tev 超对称是如此难看。难道这个125会意味着更深的事情？

所谓 higgs 机制是指规范对称性自发破缺时，相应的整体对称性自发破缺产生的零质量标量粒子被矢量场吃掉，使得原本是零质量的矢量场在破缺后得到质量。这是 peter higgs 和 francois englert、robert brout 分别发现的在1964年发现的（后一组人不是按姓氏笔画排名的）。还有一组人：guralnik、hagen 和 kibble 稍后也有类似的工作。他们都是基于 nambu 关于整体对称性自发破缺的工作。这些都是在相对论量子场论框架下做的。在更早之前，anderson 关于超导的工作已经有了一样的物理结果，只不过是在非相对论的情况下。这些我在前几天说过。nambu 就是从 anderson 那里学的。令我奇怪的是，为什么 nambu 自己没有做出这个发现。这个机制可以不仅仅限于规范对称性自发破缺的研究，还可以用来讨论其它对称性的自发破缺。李政道先生就用这个机制首先提出 cp 自发破缺。

*****************
更新（12年1月8日）：12月13日，atlas 和 cms 公布了结果：标准模型 higgs 质量范围只剩下：116-130 gev，有可能在125 gev（atlas 2.3、cms 1.9标准偏差）。

实验上如何理解以前的143 gev？按照 gibbs，未必是测错了或统计涨落，可能是因为 ww* 道的误差太大，造成一些误判所致。 理论上，如何理解这个125？我一直觉得困难。虽然标准模型仍然很好地成立，但这个质量既不是低能超对称，也不是高能超对称所能简单理解的。我想这还是意味着在不很高的能量标度会有新物理出现，根据稳定性要求应该在10^{11} gev 以下。

好像有一个伟大的工作

http://arxiv.org/abs/1001.0785

电子质量的电磁起源问题

带电粒子可以是无质量的。但是其自身电场不是可以导致其内禀质量吗？电子的质量是否有电磁起源？在费曼的讲义中专门有一章，结果是没有什么结论。我一直很看重这个问题，我认为这个问题是任何喜欢物理的学生都应该问和想的问题。

如果只是在经典的非相对论的框架内看此问题，电子质量和其电场能量互相独立，没有上述问题。但是如果在经典的相对论的框架内看（电磁学本质上是相对论的），根据质能关系，电场的能量总可以折合成（一部分）电子静止质量。根据库伦定律，这个电磁质量与电子的半径成反比。如果电子半径为零，则此电磁质量是无穷大的，所以说有线性发散。根据实验测量的电子质量 m=0.51 百万电子伏特，如果认为此质量全部起源于电场能，电子的半径大概是 10^{-13} cm。目前实验测的电子的半径 r<10^{-17} cm，所以电子质量的纯电磁起源肯定是不对的。

但是，即使在 10^{-13} cm 的尺度上，还有一个重大的事情没有被考虑！那就是量子力学。因为量子力学告诉我们在真空中可以很短暂的出现一对儿正负电子和一个光子，这个现象发生的尺度为 h/mc ~ 100x10^{-13} cm。所以在 10^{-13} cm 的尺度上，我们早就应该用量子力学来考虑电子质量了，只用上面说的，直觉的，经典物理的图像是不够的。

注意这里的量子力学效应是不可避免的。假设，虚拟语气，在另一个宇宙里电子的质量是 0.51 千电子伏特，假设它的纯电磁起源，那里的人们得到电子的半径为 10^{-10} cm，但是这时量子力学效应要出现于 100x10^{-10} cm。

所以，无论如何，我们都要用量子的相对论的框架来考虑电子质量问题。1939 年 v.f. weisskopf 用相对论量子力学计算了虚的正负电子对儿和虚光子贡献的电子质量，发现此贡献抵消了上面由电子电场能量算得的电子质量！抵消完后，与电子半径成反比的电磁质量项没有了，剩下的电子电磁质量项是对数依赖于电子半径的（如果认为电子有半径的话）。从“发散“这个问题的角度看，前面说的线性发散被抵消掉了，也就是说，电磁相互作用不会导致电子质量有线性发散。

最后我们来看看对数性的电子电磁质量项。它的形式约为 alpha/4 m ln(mr)，其中我用到自然单位。从这一项的形式我们就可以推断，电子的质量主要是非电磁起源。因为，如果 m=0，则上述对数性的电子电磁质量项为 0；只有 m 不等于 0，电子电磁质量项才不是 0。所以电磁质量只能看作是在非电磁起源质量基础之上的修正项。另外，即使 r 很小在这里也不是大问题，因为质量修正对 r 的依赖仅是对数的。回到我一开始的说法，带电粒子可以是无质量的，即 m=0，电磁作用修正也为 0。

这些相对论量子力学的结果与现代量子场论的结果一致。我们知道电子质量起源于 yukawa 相互作用，电子质量会有对数发散，dirac 费米子在 0 质量的时会出现手征称，该对称保护它自己，不让它自己得到质量。


参考文献：

[1] 费曼物理学讲义，第二卷 ，第28章。

[2] 卢昌海，质量的起源(二)，

http://www.changhai.org/articles/science/physics/origin_of_mass/2.php

[3] h. murayama, arxiv:0709.3041.

有关暗物质的小道消息

fermi/glast卫星好象否定了egret小组观测到的伽玛射线的超出，也就是说egret看到的暗物质被否定了。egret在05宣布其对银河系 中心附近光子的观测，发现10-50Gev能量的光子多出来，应该是65Gev的参加弱作用的暗物质粒子湮灭到光子的所为。更为灵敏的 fermi/glast卫星上天后，将对egret的结果给出判决。现在已有消息传出，他们没有看到egret的结果。

清华大学/高能所一个小组用自己的方法从新分析了wmap的原始数据，得到一些新结果。暗物质的丰度和其它实验符合得更好；特别是所为四极矩没有了。后者意味着宇宙暴涨图像完全没有问题。

大家已知atic和pamela实验观测到的正电子超出，既可以用暗物质、也可以用某些天体物理现象来解释。云南大学的研究者说他们早在2000年就知道卫星实验看到的正电子超出可以用脉冲星释放的正电子来解释。

新物理喽！又来新物理喽！

昨天，Tevatron 上的CDF公布论文，发现了多mu子反常事例。Tevatron质子-反质子对撞中产生两个以上的低横动量muon（mu子）的事例和目前理论的计算不一致。这是CDF合作组很仔细的一项研究。此结果有可能意味着有新物理。更仔细的解释见：
http://dorigo.wordpress.com/2008/10/31/cdf-publishes-multi-muons/
和
http://www.math.columbia.edu/~woit/wordpress/

这到底是真的新物理信号吗？如果不是，那么如何用已知物理来解释它将是不容易的。其实在宇宙线实验中早就存在类似反常。早在LEP实验运行前，ALEPH合作组观测宇宙线本底时就发现有上百个mu子穿过该探测器的事例。但这些事例从来没有得到过解释。

如果这是真的新物理信号，理论解释似乎不会简单。有人说nima arkani-hamed及其合作者最近关于暗物质的新理论和此事有关。我们正在看他们的文章。近二十年来，声称新物理（包括higgs）的实验不断，就像所谓革命一样，一会儿就来一次，总共不下20起，最后都消失了。比如以前较热的muon g-2因子的测量，据说现在也和理论预期只有1.7个标准偏差了，也就是说基本不成其为新物理的证据了。

超对称存在吗？（Is Nature supersymmetric?）

超对称性是一种关于时空的对称性，它将费米子和玻色子联系在一起 [1]。以自旋为1/2的电子为例，如果自然界有超对称，则存在自旋为0的、电荷和质量与电子一样的基本粒子。自旋为0的电子没有被观测到过。显然，超对称性还只是一个理论构想。但是，鉴于其美妙的数学物理结构，超对称会不会是自然界的一个基本对称性呢？只不过它以某种方式被掩盖起来了？

对上述问题的肯定回答，需要看超对称能不能很好地解释现在描述自然的理论所不能解释的实验，或解决该理论内在的理论问题。目前描述自然之基本理论是基本粒子物理的标准模型和关于万有引力的广义相对论。标准模型是具有SU(3)xSU(2)xU(1)规范对称性的量子场论。它几乎与目前所有的物理实验（能量约为千亿电子伏特以下），包括欧洲核子中心的LEP 实验和美国费米实验室的TEVATRON实验，相符合。

但是这个标准模型不会是所谓最终理论。基于规范理论的成功，把三种规范相互作用（SU(3)，SU(2)和U(1)）统一起来的大统一理论，如SU(5)或SO(10)被提出。在极高的能量-十亿亿亿电子伏特（十亿电子伏特约为一个氢原子质量）-时，三种相互作用是统一的。从大统一理论，或其他高能理论，的角度看，标准模型最主要的理论问题是电弱对称自发破缺的自然性问题。电弱统一理论引入了标量粒子-希格斯粒子。这种粒子的质量约一千亿电子伏特。可是从量子力学的角度我们预期这种标量粒子的质量应与大统一的能标相关，即为十亿亿亿电子伏特，否则理论非常非常不自然。要让希格斯粒子的质量稳定在千亿电子伏特左右，在万亿电子伏特的能量时必须引入超对称 [2]。希格斯粒子质量的量子修正来自两类：高能玻色子的贡献和高能费米子的贡献。这两类贡献一正一负，一般不相等。超对称性则保证它们刚好相抵消。也就是说，超对称如果出现在万亿电子伏特的能量上，电弱理论的自然性问题就得到了解决。

另一方面，理论上广义相对论和量子力学存在矛盾，虽然实验上广义相对论不与直接观测有偏离。引力量子化的主要方案-超弦理论-要求自然必须是超对称的，在能量标度为万亿亿亿电子伏特时。由于量子引力理论还未被真正建立起来，超对称在什么能量标度下破缺仍然不能从超弦方案得出。

粒子物理要求的超对称引起了人们极大的兴趣。寻找在万亿电子伏特的能量上出现的超对称是高能实验-如正在欧洲核子中心建造的大型强子对撞机 LHC 实验-的主要目标之一。理论上也有许多问题值得深入研究，如超对称的破缺问题等。虽然没有直接找到过超对称粒子，但超对称要求较重的顶夸克与实际情况一样；其预言的轻的希格斯粒子是精确的电弱实验数据所要求的；LEP实验也间接支持超对称大统一。在高能天体物理和宇宙学方面，SO(10)大统一理论由翘翘板机制可以给中微子极微小的质量；它还能解释宇宙中正反物质不对称问题；超对称可以自然的允许暗物质的存在。

当然，也许未来的实验找不到粒子理论预期的超对称。那么超对称会不会有其它的用途呢？比如它会不会和宇宙学常数问题相关呢？

参考文献：

[1] J. Wess and J. Bagger, Supersymmetry and supergravity, (Princeton University Press, Princeton, 1983).

[2] M. Dine, Supersymmetry Pheomenology (with a Broad Brush), in TASI 96, (World Scientific, 1997), p.813.

杨-mills理论渐进自由的历史的新闻

在3月18日出 的预印本（物理学史部分）中有一篇andrey grozin的文章，《渐进自由：历史和解释》。文章说早在politzer（73）， gross 和 wilczek（73）之前，i.b. khriplovich于1969年在苏联就已经发表了完整推导杨-mills理论的贝塔函数，即得到了渐进自由的文章。更有甚者，v.s. vanyashin 和m.v. terentev在1965年就在苏联发表了其得到的杨-mills理论的渐进自由，只不过他们的理论出发点有疵瑕，但该疵瑕不影响结果。

andrey grozin是量子色动力学专家，来自俄国，现在德国工作。

这是我第一次听说此事，以前只知道't hooft在72年得到渐进自由。grozin文章中还引用了来自俄国的著名物理学家mikhail shifman的一篇文章，似乎shifman也提到了在politzer， gross 和 wilczek之前，有三次发现渐进自由的机会。此文未现网络，我不能肯定它指哪三次。

politzer， gross 和 wilczek因为渐进自由获2004年诺贝尔奖。我在以前的文章中评论过：

http://bbs.oursci.org/showthread.php?s=&threadid=4310
或
http://dire2.blogspot.com/2006/02/n-qcd.html

介绍粒子物理理论研究

粒子物理学是研究基本粒子及其相互作用的学科。它是狭义相对论和量子力学结合的结果，也叫量子场论。由于涉及相对论性能量高的粒子，所以又称为高能物理。基本粒子是目前人们知道的（即在千亿电子伏特能量尺度以下）构成物质的最基本的单元，比如电子，光子、夸克等。除了万有引力，它们的相互作用有三种：电磁相互作用，弱相互作用和强相互作用。目前人们已经发现了描述这些相互作用的理论：SU(3)xSU(2)xU(1)规范对称场论。它被称为粒子物理学的标准模型，其中SU(3)描述夸克间的强相互作用，叫量子色动力学（QCD）。SU(2)xU(1)是电磁与弱相互作用的统一理论。标准模型的建立是二十世纪物理学的最大成就。它几乎与目前所有的实验，包括欧洲核子中心的LEP实验和美国费米实验室的Tevatron实验，相符合。

为了进一步检验和理解标准模型，随着实验精度的提高，我们需要做尽可能精确的理论计算。计算的困难在于非微扰QCD。QCD的的一个极重要的特点来自于对其量子性质的研究：夸克之间靠得越近，它们的相互作用就越弱。这个特性叫做渐近自由。距离近，也就意味着夸克的能量高。渐近自由也就是说夸克胶子的能量越高，它们的相互作用就越弱。对QCD来说，所谓高能是指能量远大于3亿电子伏特。相互作用一弱，理论家们就可以进行计算了。如同在电磁学里人们用小常数1/137做微扰展开，在高能时我们也用QCD的相互作用常数做微扰论计算。但是对QCD仅会微扰计算是不够的，要证明QCD确实是关于夸克胶子相互作用的正确理论，这个理论必须解释为什么单个的夸克和胶子从来没有被看到过。不仅夸克禁闭, 质子和中子的质量等很实际的问题也都应从QCD直接计算出来。这些问题难倒了所有人，至今没有完全解决。它们涉及的典型能量是3亿电子伏特，此时的夸克胶子的相互作用非常强, 表征其强度的相互作用常数比1还大，理论计算不能用微扰论，我们需要研究、应用QCD的非微扰计算方法。

粒子物理标准模型不会是所谓最终理论。目前的中微子振荡观测意味着中微子有极小的质量；天体物理观测要求宇宙中弥漫着暗物质；费米子（如电子，mu-子，tau-轻子等）质量不同的原因；CP破坏的起源；宇宙中重子数不对称；宇宙暴涨的微观机理；特别地，LEP实验间接表明可能在极高能量标度（10亿亿亿电子伏特），上述三种相互作用是统一的。这些都需要对标准模型进行发展。我们正在深入研究这些问题。

扩展标准模型遇到最主要的问题是电弱对称自发破缺的自然性问题。电弱统一理论引入了标量粒子-- 希格斯粒子。这种粒子的质量约一千亿电子伏特。可是从量子力学的角度我们预期这种标量粒子的质量应与下一个超出标准模型的新物理出现的能标相关，比如在大统一理论，该质量应为10亿亿亿电子伏特，否则理论就不自然了。要让电弱理论自然，在万亿电子伏特的能量下就必须出现新的物理现象。那将是什么样的新物理呢？这是我们最想知道的。以电弱对称破缺的自然性问题为导引，人们对新物理目前主要有三类猜测。第一，希格斯粒子是复合粒子。第二，新的对称性保证了小的希格斯粒子质量：这个对称性就是超对称，它可以和大统一理论有机的结合起来。第三，额外空间维度：把我们生活的四维时空嵌入高维时空。除去以上三种可能性，还有一些属于上述想法的混合。倒底是哪种猜测正确还是都不对是需要实验来回答的。

不久将来的实验将检验和促进我们的理论研究，包括LHC实验、大亚湾中微子实验，B介子工厂实验，北京正负电子对撞机实验等以及相关天体物理-宇宙学观测。正在欧洲核子中心建造的大型强子对撞机LHC实验是为研究电弱对称破缺机制和相关的新物理而设计的。这个研究方向是近几十年粒子物理学的主流。未来实验发现的有可能是与上述猜测完全不同的新物理。无论是什么，通过这些实验，我们对自然的认识将有一个极大的深入。


see, http://bbs.oursci.org/showthread.php?s=&threadid=13991