以对称之美，解宇宙之谜——国内首部《超对称粒子物理导论》出版

现在正是对超对称粒子物理唯象研究进行系统总结，储备知识和人才的关键时期，以应对可能即将到来的新物理理论和实验的大突破。

20世纪70年代物理学家构造了组成物质基本粒子的SU(3)c×SU(2)L×U(1)y定域规范理论，这就是所谓的粒子物理标准模型。2012年，标准模型中唯一的标量粒子——希格斯粒子被探测到，完成了标准模型的最后一张拼图，这是基础物理领域具有里程碑意义的重大事件！但随着物理学研究的持续进展，物理学家又发现标准模型面临着种种困难，从而需要超出标准模型的新物理模型来克服。这些困难既有来自实验领域的挑战，也有来自对物理理论的审美判断。实验探测方面存在的主要问题有：暗物质和暗能量问题、中微子质量问题等。相较于中微子质量问题，标准模型还存在两个更为重要的理论缺陷：规范耦合常数统一和规范等级问题。超对称性是物理学的一个重要概念，它有极其优美的理论结构，同时可以解决标准模型的规范等级问题，实现规范耦合常数统一，提供暗物质候选者等。这些优良品质使得超对称粒子物理唯象模型研究成为当前理论物理特别是高能物理研究的热门课题。超对称唯象模型是超出标准模型新物理模型的主流方向之一，也是正在运行的大型强子对撞机(LHC) 以及未来更高能量对撞机探测的重要目标。方兴未艾的暗物质理论和实验探测也把超对称模型作为其研究的首要目标之一。超对称理论基础的教学对于理论物理的前沿研究有着重要的意义。

粒子物理标准模型粒子谱

经过将近半个世纪的发展，超对称理论唯象研究在很多方面已经取得了很多进展，研究内容也从理论基础、数学结构发展到对撞机、暗物质唯象。特别是随着实验不断取得新的进展，原有超对称唯象模型的大部分参数空间都得到了检验。这些新的结果有很多已经成为新的知识，需要写入教材，以便新的研究者可以快速进入前沿研究领域。因此全面综述超对称理论基础及其前沿进展的书籍是亟须的，《 》也正是应此需求而进行创作的。

超对称粒子物理导论

王雯宇, 武雷, 祝斌 编著

北京 : 科学出版社，2025. 9

21 世纪理论物理及其交叉学科前沿丛书

本书读者主要假定为粒子物理专业研究生，主要目的是为读者提供在完成量子场论、规范场论和群论等基础课程后进入前沿研究领域所需要的超对称场论基础和前沿进展综述。这样的安排和温伯格著名的《量子场论》三卷的安排类似。本书分为两部分，第一部分是超对称场论基础，主要内容包括超对称的理论动机、超对称代数、超空间和超场、超对称拉氏量的构造方法、超对称破缺机制等。第二部分是高能物理领域超对称粒子物理唯象研究综述，主要内容包括最小超对称标准模型、物质宇称及其应用、超对称软破缺相互作用、最小超对称标准模型重整化群演化、最小超对称标准模型粒子质量谱、超对称希格斯粒子唯象、超对称对撞机实验信号、超对称暗物质以及最小超对称标准模型的扩充模型等。两部分体量上大概为一比二，这正符合超对称理论及其唯象研究的特点。超对称基础理论非常简洁、漂亮。

希格斯“丢不了”定理

第一部分从超对称代数开始，超对称场论按照理论逻辑一步一步展开，最终得到一个精致而和谐的理论结构。构建方法和步骤都非常清晰，学习的难度在于数理逻辑的演绎，部分公式推导过程的确过于繁复，但是丝毫不影响超对称场论结构自身的完美。第二部分要建立符合真实物理世界的模型，超对称场论不得不向现实妥协，增加和补充了很多看似和超对称性关系不大的理论和实验约束。其中有大段的论述是建议性质或者推测性质的。当然，这也是超对称需要进行深入研究的原因，读者在前沿研究中可以作为参考。对书中很多章节，作者尽可能编写了习题供读者练习使用。后面章节给出了作者在前沿研究中获得的一些经验总结，最后一节还给出了超对称唯象研究的实例，期望能够对读者有所裨益。附录给出了作者总结的一圈图计算方法的细节，这是高能物理唯象研究的一项基本功。实际上，后文唯象研究部分略去了很多计算的细节，特别是圈图计算。读者可以尝试利用附录所介绍的方法复现书中的一些结果。

暗物质自旋无关散射探测实验现状综述

实线展示WIMP 核子自旋无关截面限制，点线和点虚线显示计划达到的灵敏度。WIMP 的信号迹象显示为阴影封闭区域。底部展示了8B 太阳中微子、大气中微子以及超新星扩散中微子与原子核联合散射干扰直接探测的(近似条带) 起始线

本书是作者依据依据北京工业大学、南京师范大学和烟台大学的《超对称理论基础》、《新物理模型》等研究生高级课程讲义以及2022 年国家自然科学基金委理论物理前沿讲习班《暗物质与新物理暑期学校》部分讲稿，再补充超对称粒子物理唯象前沿研究综述而得到的。共撰写了十余年，其间受到多位同行、老师和同学的帮助。限于篇幅，不在此一一列举姓名。需要说明的是，作为基础教材，本书大部分内容都不是原创的。比如第一部分的推导细节，主要参考了Müller-Kirsten Harald 等所著

Introduction to Supersymmetry

次最小超对称标准模型希格斯粒子质量重整化的例子

自2012 年希格斯玻色子被发现以后，大部分对撞机实验结果都和标准模型理论预言符合得很好。因此几乎所有的解决希格斯规范等级问题的新物理模型都面临着严峻挑战，很多模型事实上已经被完全排除。超对称理论是众多模型中生命力最顽强的一个。正如“A supersymmetry primer”最后一节所述：“简单地基于规范等级问题在电弱能量标度需要有个解决方案，以及其他选择已经不再具有竞争力，我个人(“A supersymmetry primer”的作者) 对现在开始以更高能量运行的LHC 上发现超对称持谨慎的乐观态度。”本书作者也作出判断：现在正是对超对称粒子物理唯象研究进行系统总结，储备知识和人才的关键时期，以应对可能即将到来的新物理理论和实验的大突破。希望本书能够为超对称粒子物理唯象在我国的普及以及相关前沿研究做出一定的贡献！

2024年10月31日

本文摘编自《超对称粒子物理导论》（王雯宇, 武雷, 祝斌编著. 北京 : 科学出版社，2025. 9）一书“前言”，标题为编者所加。

(21 世纪理论物理及其交叉学科前沿丛书)

责任编辑: 周 涵 田轶静

（本文编辑：刘四旦）

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