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《物理评论》杂志的一篇论文“标准模型费米子和无限维R对称性”讲述，物理评论在最基本的水平上支配基本粒子世界的对称性可能与迄今为止所认为的完全不同。这个惊人的结论来自华沙和波茨坦的理论家们发表的新作品。他们提出的方案以一种与现有观测一致的方式统一了自然的所有力量，并预见到新粒子的存在，这些粒子具有不寻常的性质，甚至可能存在于我们的邻近地区。
半个世纪以来，物理学家一直试图建造一个理论将自然的四种基本力量结合在一起微粒并预测新的存在。到目前为止，这些尝试还没有得到实验的证实，标准模型——一个不完整但却惊人有效的理论构建——仍然是量子世界的最佳描述。在最近的一篇论文中物理评论信华沙大学物理系理论物理研究所的Krzysztof Meissner教授和波茨坦马克斯普朗克引力物理研究所的Hermann Nicolai教授提出了一个新的方案，概括了将引力纳入描述的标准模型。新模型应用了一种以前在描述基本粒子时没有使用过的对称性。
在物理学中，对称性的理解与这个词的口语意义有些不同。例如，无论现在还是一分钟后，球都会以同样的方式落下。这是某种对称性的表现:物理定律相对于时间的变化保持不变。类似地，将球从同一高度放在一个位置与放在另一个位置的结果相同。这意味着物理定律相对于空间操作也是对称的。
“对称性在物理学中起着巨大的作用，因为它们与守恒定律有关。例如，能量守恒原理涉及相对于时间移动的对称性，动量守恒原理涉及空间位移的对称性，角动量守恒原理涉及旋转对称性，”迈斯纳教授说。
发展超对称理论来描述费米子和玻色子之间的对称性始于20世纪70年代。费米子是基本粒子，其自旋是与旋转相关的量子性质，以分数1 / 2的奇数倍表示，包括夸克和轻子。后者包括电子、μ子、τ子及其相关的中微子(以及它们的反粒子)。质子和中子，普通的非基本粒子，也是费米子。玻色子又是具有整数自旋值的粒子。它们包括对力负责的粒子(光子，电磁力的载体；胶子，携带着强大的核力量；W和Z玻色子，携带微弱的核力)，以及希格斯玻色子。
“第一个超对称理论试图将基本粒子的典型力结合起来，换句话说，电磁力具有对称U ( 1 )，弱力具有对称SU ( 2 )，强力具有对称SU ( 3 )。重力仍然缺失，”迈斯纳教授说。“玻色子和费米子之间的对称性仍然是全球性的，这意味着空间中的每一点都是一样的。此后不久，理论被假定为对称是局部的，这意味着对称在空间的每一点都可能表现不同。确保引力包含在理论中的对称性，这种理论被称为超引力。'
物理学家注意到，在四维时空的超重力理论中，不可能有超过八种不同的超对称旋转。每个这样的理论都有一组严格定义的场(自由度)，具有不同的自旋( 0，1 / 2，1，3 / 2和2 )，分别称为标量场、费米子场、玻色子场、引力子场和引力子场。对于最大旋转数的超重力N = 8，有48个费米子(自旋为1 / 2 )，这正好是解释自然界中观察到的六种夸克和六种轻子所需的自由度。因此，每一个迹象都表明超重力N = 8在许多方面都是异常的。然而，这并不理想。
将标准模型纳入N = 8超重力的问题之一是夸克和轻子的电荷造成的。所有的电荷都被证明相对于自然界中观察到的电荷移动了1 / 6 :电子的电荷是- 5 / 6而不是- 1，中微子的电荷是1 / 6而不是0，等等。这个问题最早由默里·盖勒·曼在30多年前发现，直到2015年才得到解决，当时迈斯纳教授和尼科莱教授分别提出了修改U ( 1 )对称性的机制。
“在进行这一调整后，我们得到了一个结构，其对称性U ( 1 )和SU ( 3 )从标准模型中已知。事实证明，这种方法与推广标准模型对称性的所有其他尝试非常不同。LHC加速器未能产生超出标准模型的任何东西，N = 8超重力费米子含量与这一观察相符，这一事实强化了这一动机。缺失的是增加了SU ( 2 )小组，负责薄弱的核力量。在我们最近的论文中，我们展示了如何做到这一点。这就解释了为什么以前所有探测新粒子的尝试都不得不失败，这些尝试都是基于将SU ( 2 )对称性视为低能量自发违反的理论，但却保持在高能量范围内。我们认为，SU ( 2 )只是低能量和高能量的近似值，”迈斯纳教授解释道。
调和粒子电荷的机制，以及结合弱电荷的改进证明属于对称群E10。与以前统一理论中使用的对称群不同，E10是一个无限群，即使在纯数学意义上，研究也很少。尼科莱教授和蒂博·达穆尔以及马克·亨内努克曾在这个小组工作过，因为在大爆炸后的最初时刻，只有一个维度是重要的，那就是时间，在类似的条件下，N = 8超重力中，这个维度看起来是对称的。
“第一次，我们有了一个精确预测标准模型中费米子组成的方案——夸克和轻子——并且用适当的电荷来实现。同时，在描述中还包括重力。令人惊讶的是，正确的对称性是惊人的巨大对称E10组，数学上几乎未知。如果进一步的工作证实了这个群体的作用，那将意味着我们对匀称”迈斯纳教授说。
虽然目前还不清楚这种动态，但迈斯纳教授和尼科莱教授提出的方案做出了具体的预测。它保持了标准模型中自旋1 / 2费米子的数量，但另一方面也暗示了具有非常不寻常性质的新粒子的存在。重要的是，它们中至少有一些可能存在于我们的周围，它们的检测应该在现代检测设备的能力范围内。但这是另一个话题。
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