超对称性是自然界的基本粒子通过深层关系连接的想法，该理论预测世界上最大的对撞机实验中将存在全新的粒子。
但是，根据最近的一份报告，没有超对称的迹象，而且该理论看起来有些不稳定。
亚原子宇宙由两种基本的粒子组成，称为费米子（以恩里科·费米的名字命名）和玻色子（以萨蒂扬德拉·纳斯·玻色命名）。
本质上，费米子是自然世界的组成部分：夸克，电子，中微子。
如果放大自己的细胞，分子和原子，就会发现一群费米子嗡嗡作响，在做它们的事情。
相反，玻色子是自然基本力的载体。
电磁力由玻色子（一种玻色子）承载。
弱核力量拥有三把玻色子来携带它，并且八个不同的玻色子合谋造就了强大的核力量。
引力有一个与之相关的假想的玻色子，称为引力子，但我们尚不了解该粒子。
我们也不了解为什么宇宙被分为两个主要阵营。
为什么没有更多的粒子“族”？为什么费米子具有它们的特性？玻色子为什么与势力联系在一起？那两个世界之间有没有任何联系？
费米子和玻色子之间可能只有一种联系，理论联系的名称是超对称性。
数学对称性在现代物理学中起着核心作用。
通过发现深层的数学关系，物理学家已经能够理解自然力和其他奇妙的想法，例如能量守恒。
在超对称中，存在一种新型的将费米子和玻色子连接起来的数学关系。
实际上，这不仅仅是一种联系：超对称性表明费米子和玻色子实际上是同一枚（超对称）硬币的两个侧面。
在玻色子家族中，每个单个的费米子都有一个类似镜子的粒子，并且在玻色子世界上每个玻色子都有一个孪生子。
用超对称的术语来说，像镜子一样的双胞胎粒子的名字非常虚构。
一个费米子的每个超对称伙伴在前面都带有一个“
s”，因此，一个夸克的伙伴是一个夸克，一个电子的伙伴是一个选择电子，依此类推。
对于玻色子而言，它们的伴侣在末端带有“
ino”，因此光子与photinos配对，胶子（强力载体）与胶子配对。
因此，要寻找超对称性的证据，您要做的就是找到一个流浪的胶粘剂或选择电子。
但这并不容易，在一个完美的超对称世界中，我们到处都会看到这些孪生粒子。
对于每个费米子，我们都可以找到一个关联的玻色子，反之亦然。
我们没有看到对称性出现在我们的宇宙中的原因是它是破碎的对称性。
很久以前，当宇宙更热，更稠密时，这种对称性可以生存。
但是随着宇宙的膨胀，它冷却并破坏了对称性，分裂了费米子和玻色子。
对称性的破坏导致所有超对称双胞胎在质量上急剧膨胀，在粒子物理学的世界中，您的质量越大，您就越不稳定。
进入超对称领域重建早期宇宙条件的唯一途径。
例如，在巨大的粒子对撞机中。
在大型强子对撞机（LHC）是，就像顾名思义，一个巨大的粒子对撞机。
它能够将粒子加速到接近光速，然后将它们粉碎在一起，获得尽可能高的能量，这是自宇宙大爆炸开始以来在宇宙中找不到的条件。
大型强子对撞机经过专门设计，旨在通过寻找碰撞碎片中超对称粒子伴侣的证据来寻找超对称迹象。
在大型强子对撞机中，有一个探测器叫ATLAS，它是“环形LHC装置”。
由来自世界各地的数百名科学家组成的ATLAS合作已在预打印期刊arXiv上发表的一篇论文中发布了他们在寻找超对称性方面的最新发现。
经过多年的搜索和无数次碰撞产生的累积数据负载，没有任何超对称粒子的迹象。
实际上，现在已经完全排除了许多超对称模型，而且很少有理论思想仍然有效。
尽管数十年来，超对称性得到了理论家的广泛支持（他们经常将其描述为增进我们对宇宙的理解的显而易见的下一步），但自LHC诞生以来，该理论一直处于薄弱的局面。
但是，尽管最初得出的结果令人怀疑，但理论家还是希望，某种理论上的调整模型能够在对撞机实验中产生积极的结果。
尽管并未排除所有可能的超对称模型，但该理论的未来仍存在严重疑问。
而且由于物理学家多年来已经为超对称性投入了大量的时间和精力，因此并没有太多令人信服的替代方法。
在没有超对称性的宇宙中，物理学从何而来？只有时间（和很多数学）可以证明。
量子信息+熵，能解释宇宙的演化吗
热力学第二定律，也许是物理里最根本的几条原理之一。它说，一个系统的熵只会随时间增加，不会减少。
这也是唯一一条能指明"时间箭头"朝哪走的物理定律。
熵，说白了就是无序的程度：熵越低，结构越有序；熵越高，越散乱。
糖从浓处向淡处扩散、气体膨胀、咖啡放凉，背后都是熵在增加。
人们相信，宇宙的演化也遵循这条定律。
宇宙早年处于低熵状态，一路演化到高熵。
可就在这个过程中，宇宙造出了一些极其复杂的结构——星系就是代表。
星系的熵很低，却是在一个高熵的环境里形成的。
这看起来像是在违反第二定律。
这个存在已久的矛盾，正是物理学家金妮斯特拉·比安科尼想解决的难题。
引力、熵与量子信息的交织，是比安科尼理论的视觉主题（图片来源：Physics World） 在爱因斯坦的广义相对论里，有个叫"度规"的数学对象，描述时空是怎么弯曲的；物质沿着这条弯曲走，就表现成了引力。
而在量子力学里，"算符"是对量子态做变换的数学工具。
比安科尼的关键一步，就是把这个"度规"当成量子算符来用，用量子化的方式描述时空的几何。
这样一来，会冒出两个"度规"：一个是"真实"的时空度规，一个是由物质和能量诱导出来的度规。
两者之间"差多少"，用量子信息论里的一个量来度量，叫量子相对熵。
正是这两个几何之间的量子相对熵，决定了时空怎么演化——换句话说，它给出的运动方程，就是引力。
在低曲率极限下，这套方程能精确还原爱因斯坦的广义相对论。
可一旦超出这个极限，方程就得被一个叫"G场"的对象修正。
G场生出一个暗能量项，而且是动态的。
暗能量被认为是直接推动宇宙膨胀的东西；在标准广义相对论里，它由静态的宇宙学常数驱动。
现在冒出一个动态的暗能量项，就有了被实验检验的机会。
比安科尼又把这套理论用到了弗里德曼-罗伯逊-沃克（FRW）宇宙模型上。
这是广义相对论对宇宙行为的一级近似，假设宇宙各向同性、处处均匀、且在膨胀。
膨胀由宇宙的主导成分驱动——暗物质、普通物质，或辐射。
宇宙膨胀时，体积变大，总熵也跟着变大。
但正因为体积涨得更快，单位体积里的熵——也就是熵密度——反而随时间下降。
总熵在涨，局部熵密度却在降，这就给了星系、甚至生命这类低熵结构一个在膨胀宇宙里被造出来的机制。
那这算不算违反第二定律？比安科尼用非空的 FRW 宇宙算了一遍总熵：要把熵密度在整个时空区域上积分，而因为体积随时间变大，总熵成了时间的函数——膨胀的速度超过了熵密度衰减的速度。
所以对辐射主导和物质主导的宇宙，总熵依然随时间增加，第二定律照样成立，尽管局部熵密度在下降。
比安科尼强调，GfE 理论还很年轻，需要实验来验证。
但这项工作揭示了它内在的热力学本质，为经典引力与量子引力都打开了新路——把引力用"量子信息"和"熵"来表述，也许正是通向"量子化引力"这个百年难题的另一条路径。
引力，也许并不是什么神秘的基本力，而只是信息与熵的必然结果。
若真如此，宇宙为什么要演化、为什么能长出星系和生命，答案也许就藏在这条最普通的第二定律里。
来源：S. Jones, "Could quantum information theory explain universe evolution?" Physics World, 14 Sep 2026. 报道所引研究：G. Bianconi, Physical Review D.
追踪13.4万亿个暗物质！百亿亿次超算用4天完成这场模拟
科技日报记者 刘霞 美国能源部阿贡国家实验室日前发布消息称，该机构科学家借助“极光”百亿亿次超级计算机，完成了迄今规模最大的两次宇宙学模拟。每次模拟都追踪了13.4万亿个暗物质粒子在286亿光年宽度区域内的演化过程。
这一成果有助于科学家研究宇宙暴胀，并为分析大型巡天观测数据提供重要支撑。
左图为百亿亿次级模拟生成的全天空光锥图；右图外圈显示宇宙微波背景辐射，扇区分别展示视线速度（红/蓝）、物质密度（灰）和引力势（绿/蓝）。
图片来源： 美国阿贡国家实验室 宇宙暴胀理论认为，极早期宇宙曾经历一段短暂而剧烈的快速膨胀。
这一过程将微观量子涨落拉伸到宇宙尺度，留下微小的密度差异；随后，引力把这些差异不断放大，最终形成我们今天看到的星系、星系团和宇宙大尺度结构。
然而，暴胀背后的具体物理机制仍未完全确定。
通过研究物质在宇宙中的分布，有望找到更多线索，探索宇宙最早期的秘密。
暗物质无法被望远镜直接看见，却凭借引力主导星系形成，并塑造更大尺度的宇宙结构。
在模拟中，暗物质粒子被用作暗物质密度和速度分布的“示踪剂”，团队由此得以追踪宇宙结构跨越数十亿年的演化轨迹。
标准宇宙暴胀模型预测，早期宇宙的密度涨落服从高斯分布，也就是最简单的一类随机模式。
科学家正努力寻找其中可能存在的微小偏差，即“原始非高斯性”。
一旦发现可测量的偏差，就可能暗示暴胀时期还存在其他场、相互作用或动力学过程，从而帮助区分关于宇宙最初时刻的不同理论。
然而，这类信号极其微弱，还可能被“宇宙方差”掩盖——由于观测只能采样宇宙的有限体积，统计不确定性难以完全消除。
因此，探测此类信号需要覆盖最大宇宙尺度的超大规模模拟。
而如此规模的模拟对算力要求极高。
团队在阿贡国家实验室的“极光”超级计算机上完成了计算。
模拟及大部分数据分析约4天完成，目标正是揭示宇宙暴胀的物理本质。
这些模拟数据将助力分析多项大型巡天项目，包括美国能源部支持的暗能量光谱仪（DESI）和NASA的SPHEREx任务，两者目前均处于数据采集阶段。
模拟与前沿观测相互印证，将共同描绘出更为精细的宇宙图景，推动人类对宇宙起源与演化的探索。
来源：科技日报
