继7月发现类似希格斯粒子的玻色子之后——这项工作花费了50多年的实验工作和1万多名科学家和工程师的努力大型强子对撞机- - - - - -Juan Maldacena而且尼玛Arkani-Hamed的两位教授bob苹果下载他分别就物理定律的对称性和简单性，以及为什么希格斯玻色子的发现是不可避免的等问题进行了公开演讲。
彼得·希格斯1966年，在弗里曼·戴森(Freeman Dyson)的邀请下，霍金预言了粒子的存在。“这一发现证明了基本的、深刻的思想的巨大重要性，这些思想需要相当长的时间才能实现，以及它们对世界的巨大影响，”莱昂·列维教授兼主任罗伯特·迪克格拉夫(Robbert Dijkgraaf)说。
在他们的讲座"对称和简单的自然法则和希格斯玻色子和“物理定律的必然性: 为什么希格斯玻色子必须存在”，马尔达塞纳和阿尔卡尼-哈米德描述了20世纪60年代和70年代发展起来的理论思想，导致了我们目前对希格斯玻色子的理解标准模型以及最近发现的类希格斯玻色子。阿尔卡尼-哈米德把寻找希格斯玻色子的工作描述成一个结局不可避免的侦探故事。马尔达塞纳把我们对自然的理解比作童话美女与野兽．
“我们已经知道的是难以置信的僵化。在我们现有的结构中，法律是非常严格的，它们非常脆弱，无法随意改变结构。”“通常在物理和数学中，人们会谈论美。美丽的事物，美丽的想法，美丽的理论结构，都有一种必然性的感觉，以及它们僵硬和脆弱的另一面。”
最近发现的类希格斯玻色子是“实验的胜利，也是理论的胜利，”Arkani-Hamed说。“我们被引导说，‘这个东西必须在那里。我们以前从未见过，但根据这些论证，根据我们的小侦探故事，它肯定是存在的。“上帝作证，的确如此。这是允许的。它可以在那里。它就在那儿。”
在马尔达塞纳的比较中，美是自然的基本力量重力，电磁,强大的力量，以及弱力这只野兽就是希格斯粒子。马尔达塞纳说:“我们真的需要两者来理解自然。”“从某种意义上说，我们是这段婚姻的孩子。”
目前关于物理学基本力的知识是基于两个公认的理论:粒子物理的标准模型，这是一组方程，对基本粒子及其相互作用给出了令人印象深刻的精确描述，但忽略了引力，只占宇宙中物质的六分之一;以及爱因斯坦的广义相对论，该理论描述了宇宙中观测到的大型物体的引力行为，如星系和星系团，但尚未与量子原理相一致。
普通物质——我们所看到和熟悉的物质，如行星、恒星、人体和日常用品——受到重力、电磁力、强力和弱力的作用。这些相互作用适用于一个巨大的距离范围——从可观测宇宙的大小(大约1028厘米)下降到弱刻度(大约10-17年厘米)。
在粒子物理学的标准模型中，自然是由基本的积木构成的，比如电子和夸克。粒子之间的力是通过其他粒子传递的，比如光子，电磁力的载体，以及W和Z粒子，它们是传递弱相互作用的基本粒子。希格斯粒子并不是标准模型预测的第一个粒子，后来在实验中被发现。该模型还导致了W和Z粒子的预测和发现顶夸克，以及τ中微子．
希格斯玻色子解释了大多数基本粒子如何在与宇宙中无处不在的希格斯场相互作用时获得质量。它是标准模型中最后一个需要实验证实的元素，它的发现有望进一步了解质量的起源，并有助于澄清一些长期存在的谜团。
弱尺度是大型强子对撞机探测的距离，类希格斯玻色子就是在那里被发现的。对于所有普通的物质和相互作用，两个电子之间的力(量子力学涨落的大小)随着距离的增加(能量较低)而变弱，而在距离较短(能量较高)时变强，这是量子力学的基本结果海森堡测不准原理．
Arkani-Hamed解释说:“我们已经了解到，自然法则的本质统一和简单性在短距离内变得明显。”“由于各种事故，它们被隐藏在很远的地方，但当我们走到短距离时，我们终于看到了它们。我们第一次看到所有这些不同的相互作用都以一种共同的方式描述。”
在标准模型中，所有粒子本质上都有自旋和与自旋相关的角动量。已知粒子具有角动量，测量单位为h巴(普朗克常数)，为1/2的倍数。根据该模型，唯一允许的自旋是0,1 /2,1,3 /2和2，但我们只看到了它的一个子集:1/2,1和2。电子自旋是1/2。光子自旋为1。引力子是唯一自旋为2的粒子，它与所有物体都有相同的相互作用。
希格斯粒子的故事始于试图理解为什么有些粒子有质量。根据标准模型，携带电弱力的W和Z粒子应该具有零质量，以允许电磁力和弱核力统一为一个单一的电弱力。在理论和实验之间，确定了希格斯粒子必须在200 GeV(测量质量的单位)下进入图像，它必须与W、Z和顶夸克粒子相互作用，并且它必须具有0自旋。虽然标准模型没有预测希格斯粒子的确切质量，但从精确的测量中，我们知道它的质量必须在质子质量的80到200倍之间。类希格斯玻色子于去年夏天在质量约为126 GeV的区域被发现，它允许曾经无质量的粒子在不破坏标准模型原理的情况下拥有质量。
“人们有时会问，这(希格斯粒子的发现)有什么用?马尔达塞纳说。“我必须说实话，我不知道任何技术应用。这是法拉第(Michael Faraday)的一段伪引语。当被问及什么可能的技术应用电他对首相说:“总有一天我们会对它征税。“我想，也许我们可以对希格斯玻色子说同样的话。我们所知道的是，它帮助我们了解在很短的距离内自然界发生了什么。”
规范对称性决定了粒子的相互作用和产生，马尔达塞纳用一个货币类比来描述电磁力和弱力的规范对称性。在他的类比中，磁场是a计对称每个国家都是一样的，除了他们可以选择自己的货币。从一个国家转移到另一个国家时，所有的钱都必须换成新货币。
在物理学中，货币是在圆内每一点的旋转时空，汇率是电磁势，或从一个小时空区域(国家)到另一个小时空区域(国家)所产生的位移。根据量子力学对自然概率定律的理解，“这些汇率是随机的，具有取决于投机机会的概率分布，”马尔达塞纳说。“大自然不喜欢投机，不会轻易地给你提供这些机会，但如果你能找到的话，它会为你提供这些机会。”
弱相互作用的规范对称性涉及时空中每一点的球体而不是圆的对称性。马尔达塞纳将希格斯机制描述为位于这些弱球体上的每个点上的一个物体。当旋转发生时，即使是在真空和真空中，这种机制也会引起转变或变化。
马尔达塞纳继续以货币为类比，提出了在每个国家都能购买某种东西的概念，在这种情况下是黄金。黄金可以从一个国家运到另一个国家，其价格由每个国家确定，并且可以通过在国家之间来回运输来赚钱。在这个类比中，每个国家的黄金价格就是希格斯场。一旦价格或量规在空间中处处设置为恒定值，就会导致汇率的优惠值，并导致W和Z弱玻色子的质量。在马尔达塞纳的类比中，希格斯玻色子在有两种物品(如黄金和白银)可购买时出现。黄金和白银的相对价格是希格斯玻色子;这个比率就像一个大质量的粒子。根据马尔达塞纳的说法，至少有两个物体可以购买，这样当时空点之间的距离变得非常小时，我们仍然可以在远距离保持有趣的相互作用。
类希格斯玻色子是在大型强子对撞机以间接的方式产生的，但根据类似的标准模型衍生的规范对称。当质子碰撞时，它们会产生许多粒子。很少会产生希格斯玻色子。这些希格斯玻色子很快衰变成粒子，比如两个光子。由于希格斯玻色子衰变得太快，无法被发现，理论学家预测，实验学家可以通过观察有两个光子的事件来探测希格斯玻色子，并在数据中找到一个两个光子相当于希格斯玻色子质量的碰撞。
希格斯玻色子是第一个自旋为0的粒子。这就使得自然界中只有3/2的旋转没有实现。但有一个强有力的候选人。超对称LHC有可能证实超对称的存在，超对称扩展了标准模型，通过将物质粒子和力粒子配对在一个框架中，将它们统一起来。它表明，强力、弱力和电磁力在很短的距离上合二为一。
超对称也自然地导致了一种新的暗物质不发光或不吸收光的粒子，只能通过其引力效应被探测到。标准模型解释的普通物质大约占宇宙的4%;暗物质约占22%。
马尔达塞纳说:“我们从天体物理观测中知道，那里的物质比我们看到的要多。”
“如果我们观察天空，我们会看到一些星系坐落在天空中，被看起来像黑暗的真空所包围。我们不知道的是这种暗物质粒子是否会在大型强子对撞机中产生。”
在过去的十年里，各种天文观测，特别是对遥远的超新星和宇宙微波背景，也表明什么是所谓的存在暗能量这是一个均匀的背景场，占宇宙的74%，被认为是加速宇宙膨胀的原因。暗能量的存在表明我们目前对自然基本力的理解存在根本性的差距。
“空间、时间和量子力学构成了20世纪的核心戏剧，并真的带我们走了很远。希格斯粒子的故事是它们带我们走多远的最后一个例子。但在某种意义上，希格斯粒子的故事是我们在20世纪处理和理解的一系列思想的最后余烬之一，”Arkani-Hamed说。
相对论和量子力学——爱因斯坦给我们的时空图景和量子力学——是令人难以置信的刚性和强大的。接下来的问题是:这些东西从何而来?这是我唯一没怀疑过的事。我只学了时空和量子力学，其他的也都学了。时空和量子力学的深层起源是什么?这是你应该问你友好的邻居弦理论学家的问题。”
推荐观看: Juan Maldacena的讲座“自然法则与希格斯玻色子的对称性与简洁性”的录影带，可于//www.pdxgs.com/video/maldacena-lecture-10-12；Nima Arkani-Hamed的讲座视频，“物理定律的必然性:为什么希格斯粒子必须存在”，可在//www.pdxgs.com/video/arkani-hamed-lecture-10-12．
