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●现今的工作有完全无法预见的东西吗？
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被提议的解决方案包括一些模型，例如超对称、技术色、额外维度。当然最终答案也可能完全不同于任何期望的东西，但是模型可以为我们的搜寻提供具体目标。本章接下来展示一些候选模型，并讨论它们对于等级问题的回答，以及介绍它们为大型强子对撞机将进行的探测类型所做的添砖加瓦的工作。为这些或者其他模型所进行的搜寻工作即将展开，无论哪一种结果将构成自然的真实理论，这些工作都将为我们提供宝贵的见解。
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模型一：超对称
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我们将从一种离奇的对称性——超对称以及与它相结合的模型出发。如果你在理论粒子物理学中做一个问卷调查，那么一大部分人可能会说：超对称可以解决等级问题。更进一步，如果你询问实验物理学家他们期望寻找什么新物质，那么也有一大部分人会提议超对称。
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从20世纪70年代开始，许多物理学家已经认为具有超对称的理论是非常美妙、神奇，所以他们相信它也一定存在于自然当中。他们更进一步得出：超对称模型中的三种相互作用在高能标时具有相同的强度。因为在标准模型中这些强度只是接近，所以超对称模型是标准模型的一个发展，使得统一理论成为可能。许多理论物理学家也发现超对称是等级问题最有说服力的解决方法，哪怕将所有细节与我们所知道的事情联系起来很困难。
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超对称模型假定标准模型中的任何基本粒子，例如电子、夸克等等，都有自己的伙伴——有着相似的相互作用但不同的量子力学性质的粒子。如果世界果真是超对称的，那么它一定存在许多未知的粒子——每一种已知粒子的超对称伙伴都在等待我们去发现（见图17-2）。
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超对称模型可以帮助解决等级问题，而且一旦它这么做了，它必定做得非常地超凡脱俗。在一个严格超对称的模型中，来自粒子及其超对称伙伴的虚效应严格相消。也就是说，如果你把来自标准模型的每种粒子的所有量子力学贡献全部加合起来，并统计它们对希格斯玻色子质量的效应，那么你将发现它们加起来全等于零 。在超对称模型中，希格斯玻色子将是零质量或者质量很小，哪怕出现了量子力学虚效应的修正。因此在一个真实的超对称理论中，粒子与其超对称伙伴的贡献将会严格相消（见图17-3）。
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可能这听起来很神奇，但由于超对称是一种非常特殊的对称性，所以这是有保证的。超对称是一种时空对称性，类似于你所熟悉的转动与平移对称性，但它将时空拓展到了量子领域。
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图17-2 在超对称理论中，每一种标准模型的粒子都有一个超对称伙伴。该理论的希格斯区超出了标准模型。
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图17-3 在超对称模型中，来自虚的超对称粒子的贡献与来自标准模型粒子的贡献，对于希格斯玻色子的计算严格相消。例如，图中粒子的贡献之和为零。
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量子力学将物质分成两个完全不同的类别——玻色子与费米子。费米子是具有半整数自旋的粒子，而自旋是一个量子数，本质上，它告诉我们粒子在一种类似于旋转的操作中的行为如何。半整数意味着1/2、3/2、5/2，等等。标准模型的夸克与轻子是费米子的一些例子，它们都有1/2自旋。玻色子的例子有：传递相互作用的规范玻色子或者正在找寻的希格斯玻色子，它们具有整数自旋，也就是整数0、1、2，等等。
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费米子与玻色子不仅自旋有别，而且当两个或者更多个同类型的粒子在一起时，它们的行为也完全不同 。例如，有着相同属性的全同费米子永远不能待在同一个位置上。这是泡利不相容原理（Pauli exclusion principle，以物理学家沃尔夫冈·泡利命名）告诉我们的。费米子是元素周期表形成的基本原因这一事实告诉我们，多个电子除非具有不同的量子数，必须占有围绕核子运转的不同轨道。这也是我的椅子没有落向地球中心的原因，因为椅子中的费米子不能同时与地心物质居于同一个位置上。
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泡利不相容原理
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微观粒子运动的基本规律之一。它认为，两个电子或两个任何其他类型的费米子，都不可能占据完全相同的量子态。
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另一方面，玻色子的行为则完全相反。事实上，它们非常可能居于同一个位置上。玻色子可以堆积在彼此上面——有点像鳄鱼趴在彼此上面，这也是为什么诸如玻色凝聚（Bose condensate）一类现象存在的原因，它需要许多粒子堆积在量子力学的同一状态上。激光也依赖于作为玻色子的光子汇聚到一起；强光束是通过许多全同光子一起发射而产生的。
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在超对称模型中，我们认为完全不同的玻色子和费米子可以相互转换，其最后的结果与转换之前的理论给出的结果相同 。每一种粒子都有一种处于相反量子力学类型，但是带有完全相同质量与荷的伙伴粒子。新粒子的命名方法有点让人忍俊不禁，每当我在公众场合谈到这个话题时，总是会引来观众咯咯的笑声。例如，作为费米子的电子与作为玻色子的超电子（selectron）互为超对称伙伴。一个玻色性的光子与一个费米性的光微子（photino）是一对，W规范玻色子与W微子（Wino）也是一对。[70] 新粒子与其在标准模型中的粒子伙伴有相关的相互作用，但是它们的量子力学性质（玻色性、费米性）却相反。
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在超对称理论中，每种玻色子的性质都与它的超对称伙伴费米子的性质相联系，反之亦然 。因为每个粒子都有伙伴并且相互作用是平行的，该理论允许这种奇异的交换费米子和玻色子的对称性。
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虚效应对希格斯粒子的质量产生了神奇的相消，其原因是，超对称将任何玻色子关联到与之相伴的费米子上。特别是，超对称将希格斯玻色子与希格斯费米子——希格斯微子（Higgsino）结成伙伴。即使量子力学的贡献强烈地影响了玻色子的质量，费米子的质量却从来不比其经典质量大多少，也即哪怕添加了量子力学修正，它也跟你在考虑量子修正前所使用的质量一样。
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这里的逻辑很微妙，但没有产生大的修正的原因是，费米子的质量涉及左手和右手粒子，质量项使得它们之间可以相互转换。如果没有经典质量项，并且在没有加入量子力学虚效应时它们不能彼此转换，那么即便考虑了量子力学效应它们也不会彼此转换。如果一个费米子没有初始质量（经典质量），那么它在加入量子力学贡献后仍然没有质量。
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这个论断对玻色子并不适用。例如，希格斯玻色子的自旋为零，因此我们无法说希格斯玻色子的自旋是左手的还是右手的。但是超对称告诉我们：玻色子质量与其超对称伙伴（费米子）一样。因此，如果希格斯微子的质量为零（或者很小），那么其伙伴希格斯玻色子的质量也必须一样，哪怕量子力学的修正被考虑了进来。
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我们不知道这对于等级的稳定性来说是不是一个相当优美的解释，以及是否给出了希格斯质量的巨大修正相抵消的解释。但是如果超对称确实回答了等级问题，那么我们就知道我们可以从大型强子对撞机中期盼些什么。我们就会知道存在什么样的新粒子，因为每一种已知粒子都应该有一个伙伴。最重要的是，我们可以估计新的超对称粒子的质量。
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当然，前提是超对称在自然中是严格保持的，那么我们就能知道所有超对称伙伴的质量，因为它们与其伙伴粒子有着相同的质量。然而，这些超对称伙伴还从未被观测到，这告诉我们即使超对称可以被应用在自然中，它也不是严格的。假设它是严格的，那么我们应该早就发现超电子、超夸克以及所有其他超对称理论预言的超对称粒子了。