中国科大提出量子临界体系实现衍生超对称的必

8月7日，中国科技界传来一则振奋人心的消息：中国科学技术大学的科研团队在超导量子临界现象的研究上取得了重要进展。这一成果由该校近代物理系的刘国柱副教授课题组取得。他们深入了量子临界体系中实现衍生超对称的关键条件，为凝聚态物理中超对称的寻找提供了宝贵的理论导引和限制。

超对称，这一概念起源于上世纪70年代，被基本粒子物理学家提出。它将时空对称性和内部对称性相结合，预示了每一个基本粒子都可能存在一个与其相伴的超对称伙伴，它们虽然自旋相差1/2，但质量相等。这一理论在解决标准模型的等级问题以及消除量子场论计算过程中的发散方面展现出了巨大的潜力，是弦论的基础，因此在粒子物理领域具有举足轻重的地位。

尽管科学家们对超对称进行了近半个世纪的，但遗憾的是，他们并未在高能物理实验中找到超对称存在的迹象，甚至间接的实验证据也未曾发现。尽管如此，刘国柱课题组并没有放弃，他们多年来一直致力于量子相变和量子临界现象的基础理论研究。

经过深入的研究，他们发现，如果一个量子多体系统中的所有费米型和玻色型元激发都是无质量的，那么这个体系通常是热力学不稳定的。这是因为粒子间的相互作用在低能区域会变得特别强，导致在计算许多物理量的过程中会遇到严重的红外发散。此前的理论研究未能发现这一点，是因为未能充分考虑到大量的极低能粒子散射过程。

基于这一发现，刘国柱课题组进一步研究了狄拉克和外尔半金属体系中超导量子临界点处的物理性质。他们证实，无质量的费米子和玻色子间的相互作用确实会导致红外发散，并产生无穷多的非定域相互作用项，从而使得体系无法满足超对称。要想在凝聚态体系中实现超对称，必须确保红外发散和非定域相互作用项都不存在。这一研究为寻找衍生超对称提供了严格的约束条件，指出只有那些不存在红外发散的、费米子和玻色子均有质量（能隙）的体系，才有可能成为实现衍生超对称的理想候选者。这一重要突破为未来的超对称研究开辟了新的道路。