一世难以夸大在10年前在大型特罗龙撞机（LHC）开幕之前的预期。将质子在任何先前的粒子加速器中产生的能量较高，LHC似乎能够对理论物理学家的最幻想的猜测，从卷发到微观黑洞到镜像镜像的隐藏领域，似乎能够对理论物理学家的最幻想较高的尺寸进行抑制我们知道。
十年来，粒子物理学家发现自己在叫做“噩梦情景”的时候：发现HIGGS玻色子，没有别的。2012年HIGG的胜利发现确认了关于20世纪60年代引入的粒子群体的理论概念，其中包含了颗粒物理的标准模型，描述了三种自然的四种基本力量（重力是例外）。迄今为止，缺乏LHC的新物理学就会成为超出20世纪60年代和70年代以来的标准模型的物理学的许多投机思想。这种发展（仍然可以通过LHC的未来分析推翻）在现代基本粒子物理学中讨论了涉及自然原则的中型粒子物理学中的核心理念的地位，这是“新物理学” - 经验的预测的基础在LHC中将在标准模型之外更加基本模式的提示 - 将在LHC找到。
与科学中大多数数学理论一样，标准模型的预测取决于所谓的理论参数的某些固定量的值。如果我们更改参数值，我们通常会更改理论的预测。在基本的粒子物理学中，自然最常被理解为禁止“微调”的禁止，这是一个无法解释的理论的参数，以适应意外观察。自然通过限制它们可以表现出的微调量来限制标准模型参数的允许值。如果理论需要很多微调来达成观察，则被认为是不自然的。
在量子场理论（QFT）中，对自然的辩论具有悠久的历史，其中制定标准模型的数学和概念框架。在QFT中，诸如空间中每个点处的电磁场等电磁场的值没有明确的值，但仅存在于反映场不同值的概率的叠加中。虽然经典领域的振动能量（如声波）可以像我们一样大或小，但量子场中的振动能量具有最小值。量子领域中的这些最小紊乱是我们所知道的基本粒子。
不幸的是，当我们天真地使用QFT来计算一些过程的概率 - 例如，HGGS玻色子的生产产生荒谬，无限预测。为了解决这个问题，QFT的发明人设计了一个聪明但数学上可疑的技巧，用于从理论中提取有限预测，称为重整化。诀窍是认识到，在QFT中，我们可以选择生成无限预测的有限参数，如QFT的天真应用，以及产生有限预测的无限参数。通过选择使这些参数被重新入学，作为“裸”参数，无限，我们可以从QFT中提取有限预测，这与实验相加。然而，重整化被广泛被认为是缺乏声音数学的临时黑客，而且许多QFT的发明者继续怀疑。因为它们是无限的，但裸露的参数最初被视为仅仅是一个没有描述任何内容的数学设备。
就好像我们乘坐瀑布扔在黑暗的表面上的少数沙子，发现谷物命令进入阿尔伯特爱因斯坦的着名形象伸出舌头。
在20世纪70年代，Kenneth Wilson制定了一种新的重整化方法，从QFT中移除了无限的。他的方法受到浓缩物理学的启发，涉及复杂的许多粒子系统，如晶体和半导体。冷凝物系统通常可以以与粒子物理学的QFTS非常相似的方式描述，因为固体中原子的振动可以共同描述为场。然而，可以在这些材料中传播的振动能量的上限，因为相邻原子之间的距离设定了最小波长。Wilson建议，基本粒子物理学的QFT模型同样被定义为仅包括振动能量，直至一些高能量的“截止值”。由于QFT的无限来自描述任意高能量的振动，因此引入截止允许理论的预测和其裸机的有限值。
威尔逊工作的一个解释了解粒子物理学与凝聚力理论的比喻在相对的文字意义上。According to this interpretation, there is a single, true set of values for the bare parameters of a QFT model, known as the QFT’s “fundamental parameters,” which provide the correct “microscopic” description of the quantum fields in much the same sense that a detailed description of the inter-atomic interactions in a piece of silicon provide the true microscopic description of that system. By contrast, quantities measured in accelerators, such as the Higgs boson mass or the probability of producing a Higgs boson, belong to a coarser, “macroscopic” level of description, in some general respects the way quantities like temperature and density provide a coarser macroscopic description of a solid.
但是，理解威尔逊对QFT方法的特殊方法构成了在LHC下方测量的HIGGS玻色子质量的125 GEV值的问题。问题最初是由Leonard Susskind于1979年阐明的，在2012年的HIGGS群众的价值之前。在标准模型中，HIGGS质量的预测实验测量值被计算为裸HGGS质量参数的总和—one of the “fundamental parameters” of the Standard Model—and so-called quantum corrections that capture the effect of the Higgs’ interactions with itself and other particles. Because these corrections grow much more quickly with increasing values of the cutoff than do the quantum corrections to other Standard Model parameters, recovering the measured value of the Higgs mass requires an unusually delicate cancellation between the bare Higgs mass and its quantum corrections. If we imagine selecting a set of values for the fundamental bare parameters randomly from the set of all possible values for these parameters, it is highly unlikely that the chosen parameters will exhibit the required cancellations; only an improbable, fine-tuned set of parameter values will work. The larger the cutoff, the more fine tuning is needed.
就好像我们乘坐瀑布扔在黑暗的表面上的少数沙子，发现谷物命令进入阿尔伯特爱因斯坦的着名形象伸出舌头。由于偶然发生这种配置的概率是天文学的，因此我们期望更深的底层解释 - 例如，可能谷物含有铁，并且表面下方有磁铁。在少数人中，谷粒越多，这越不大甚远就是随机机会发生的，因为类似于爱因斯坦的图像的布置是所有谷物的可能布置总数的小数。因此，爱因斯坦在砂粒中的图像的外观更迫切地呼唤解释有更多的谷物。通过类比，在裸HGGS质量和量子校正之间需要精细消除的HIGGS质量的测量值更急于地呼出，标准模型的截止越大。
为了避免需要微调，物理学家预测，这种截止应该在LHC探测的相对较低的能量中的某个地方。十年后，继续缺乏任何这种新物理学的缺失将标准模型截止在1000岁以上的地方，这已经需要比许多物理学家发现可接受的更精细的调整。现在，在标准模型中进行微调的需求现在认为QFT是不自然的，即它依赖于理论的基本参数的重要性或微调的值。
目前情况的一个视图是，LHC的结果要求我们接受标准模型中的微调需求，这反过来要求通过更根本的理论来解释。这是CERN理论集团的伟佳GIUDICE的立场，以及粒子物理社区的许多其他成员，为谁进行了微调，仍然需要由标准模型的理论决议的真正问题。
援引基本参数概念的自然基于论点的有效性基于在量子场理论中对物理上真实的问题进行了问题。
另一种可能性是，应该被放弃的自然原则，理解为禁止裸露参数的微调，并试图避免或解释裸HIGGS质量的微调应小得多在物理学探索中的焦点超出标准模型。这种观点是由少数少数突出的声音辩护，包括物理学家Christof Wetterich，Eugenio Bianchi，Carlo Rovelli和Sabine Hossenfelder和Mathematician Peter Woit。这种更具争议的建议意味着在过去四十年中，在过去四十年中的理论粒子物理学中的许多工作已经前列的是，摇摇欲坠的形而上学猜测可能会持少剧本是粒子物理群体的薄弱的剧本，这是少数领先人物的声明。尽管对这种观点的激进含义，但LHC的新物理缺乏缺乏它作为强大的可能性。
如果自然是误导的，它会在哪里误入歧途？一个潜在的弱点，最近由HossenFelder强调，假设某些标准模型参数值比其他人更为“可能”。她认为，由于标准模型的参数仅固定并仅向我们提供一次，因此我们无法以估计概率的方式估计这一概率，例如，因为翻转大量的次数并看看如何很多时候它会转动头。由于没有什么可告诉我们如何确定对基本裸露参数空间的概率分布，因此无法制定不太可能或不太可能或微调的标准模型的参数的担忧。因此，Hossenfelder建议我们不应该担心厚度的群众的微调，或追求物理理论的自然。
另一个关于自然的担忧在20世纪80年代通过WERTERICH阐述了一种重整化理论的先驱。在Wetterich的观点中，HGGS裸群和量子矫正之间的微妙取消是我们选择如何选择计算HIGGS玻体质量的人为副产物，而不是反映任何神秘的巧合或潜在的阴谋。Wetterich认为可以选择其他公约，其中取消不存在，因此我们不应该担心它。最近，Bianchi和Rovelli在着名的宇宙恒定问题方面提倡类似的态度，这与HIGGS自然问题密切相关。
自2016年以来，我的合作者罗伯特·哈兰德和我一直在研究自然和微调的辩论。我们发现的是，Wetterich的论点似乎隐含地分配了在许多对Susskind的解释中所做的假设，即存在裸机的真实物理值。相反，Wetterich的论点假定有许多不同的物理等同的值对于产生完全相同的预测的裸露参数，并且毫无疑问，理论的“真实”或“基本”裸露参数是什么。
从这个角度来看，裸HIGGS质量和量子矫正之间的微妙取消似乎更紧密地对取消，例如，当我们通过取得差异来计算与纽约大都会艺术博物馆的自然历史博物馆的距离他们的距离与“好莱坞”签到洛杉矶。这里，如在HIGG的情况下，两个大数字之间的差异产生了更小的数量。但是，没有巧合或微调。精致的取消仅仅是一种不方便参考点的人为副产物，并且可以通过替代选择可以轻松地去除，例如中央公园中间。在HIGGS质量的情况下，通过选择与某一任意所选择的未经理比例参数的值相关联的不同的参考点可以类似地去除裸HIGGS质量和量子校正之间的微小消除。
援引基本参数概念的基于自然的论点的有效性依赖于关于QFT的物理上真实的问题 - 关于物理世界的真实特征的QFT数学“闩锁”的哪些部分。The main argument for abandoning the notion that a single set of values for the Standard Model’s bare parameters provides the “true” underlying description of the system is that it is unnecessary to generating the successful predictions of the Standard Model and to defining the theory in a mathematically sound way.
在一个感觉中，放弃基本参数的概念的选择使爱因斯坦的特殊相对论的选择是放弃假设存在绝对事实的假设，这些物质对象休息，其在运动中。在这两种情况下，我们揭示了事实上存在物理问题，其中参考点或坐标系在物理上是正确的或真实的，有利于存在与不同任意选择的参考点相关联的多个同样有效描述的概念。真实的数量是不依赖于任意参考点的数量。
超对称，长期候选物理学中的理论，在标准模型之外的理论中，经常在其治疗厚度群众的计算中治愈精细取消问题的能力的基础上进行辩护。这一计数作为超对称的程度的程度取决于这些微妙取消的程度，特别是迫切需要决议。缩小基本参数的概念提出了他们没有的可能性。
What’s at stake in debates about the validity of the naturalness principle is not the notion that physicists should continue the search for deeper, more universal theories—this is widely accepted—but rather the notion that the delicate cancellations associated with the Higgs mass constitute a mysterious coincidence, and that explaining these cancellations should be a main focus in the search for physics beyond the Standard Model. To the extent that the particle physics community is restless to extricate itself from the familiar confines of the Standard Model, the absence of new physics from LHC data, as predicted by the naturalness principle, is disappointing and anti-climactic. However, given the many difficulties that continue to afflict the mathematical and conceptual foundations of quantum field theory, it may be that the road to progress will lie partly in the quest for deeper understanding of theories that we already know.
Joshua Rosaler是亚琛大学理论粒子物理学和宇宙学院的研究员，以及“LHC认识论”合作的成员。他拥有牛津大学的博士学位，他是克拉德森学者。
提交人希望承认LHC的认识论研究单位，其中他是成员。
铅光电容：通用FMV / ILAB / SHUTTESTOCK。
