本文参加百家号#科学了不起#系列征文赛。
自然界的对称性使我们对宇宙有了基本的认识，从万有引力的普适性到自然力在高能量下的统一。在20世纪70年代，物理学家们发现了一种潜在的对称性，它将宇宙中的各种粒子结合在一起。这种被称为超对称性的联系，依赖于自旋的奇异量子特性，并可能是解开物理学新理解的钥匙。
对称的力量
几个世纪以来，对称性使物理学家们得以在整个宇宙中找到潜在的联系和基本的关系。当艾萨克牛顿第一次发现，把苹果从树上拉下来的重力与让月球绕太阳公转的重力完全相同时，他发现了一个对称性：引力定律确实是普遍适用的。这种洞察力使他在理解自然如何运作方面有了巨大的飞跃。
整个19世纪，世界各地的物理学家都对电、磁和辐射的奇怪性质感到困惑。是什么使电流沿电线流动的？一个旋转的磁铁怎么能推动相同的电流呢？光是波还是粒子？詹姆斯·克拉克·麦克斯韦尔将所有这些不同的研究分支统一到一套简单的方程式：电磁学中，经过几十年的艰苦思考，他取得了一个清晰的数学突破。
阿尔伯特·爱因斯坦也因将牛顿的理论向前推进了一步而留下了自己的印记。他提出了一个格言，即所有的物理定律都应该是相同的，不管你的位置或速度如何。为了保持这种自然的对称性，时间和空间的概念必须重写。加上引力，他得出了广义相对论。
甚至我们的守恒定律——能量守恒，动量守恒等等——也依赖于对称性。你可以日复一日地做一个实验并得到相同的结果，这一事实揭示了时间的对称性，这一对称性通过艾美·诺特的数学天才引出了能量守恒定律。如果你在房间的不同地方做实验，并且得到了仍然得到同样的结果，你就发现了空间中的对称性，以及相应的动量守恒。
旋转对称
在宏观世界中，上面所述就是我们在自然界中遇到的所有对称性的总和。但亚原子世界则是另一番景象。我们宇宙中的基本粒子有一个有趣的特性，叫做“自旋”。它最初是在实验中发现的，在不同的磁场中射出原子，导致它们的路径偏转的方式与旋转的带电金属球完全相同。
但亚原子粒子并不是旋转的带电金属球，它们只是在某些实验中的行为。与常规世界不同，亚原子粒子不能有任何他们想要的旋转量。相反，每种粒子都有自己独特的自旋。
由于各种模糊的数学原因，一些粒子如电子的自旋为1/2，而其他粒子如光子的自旋为1。可能你会想知道一个光子怎么可能表现得像一个旋转的带电金属球，其实不要操心太多，只要把“自旋”看作是亚原子粒子的另一个特性就好。
一般来说，粒子有两大类：一类是自旋为半整数(1/2、3/2、5/2等)的粒子，被称为“费米子”。另一类是自旋为整数(0、1、2等)的粒子，被称为“玻色子”，是自然力的载体。
乍一看，这两类粒子不可能有什么不同。
粒子交响曲
20世纪70年代，弦理论学家开始批判性地研究自旋的这个性质，并开始怀疑那里是否存在自然的对称性。这个想法很快扩展到弦界之外，成为粒子物理学的一个活跃研究领域。如果是真的，这种“超对称性”将把这两个看似完全不同的粒子家族联合起来。但这种超对称性会是什么样子呢？
到目前为止，还没有发现超对称的证据，大型强子对撞机的实验已经排除了最简单的超对称模型。虽然这还不是棺材上的最后一颗钉子，但理论家们正在埋头思考，想知道在自然界中是否有超对称性，如果我们找不到任何东西，下一步该怎么办。
