Kaj je sekvestriranje v fiziki?

V kontekstu fizike je sekvestracija predlagano sredstvo, s katerim je mogoče določene delce in sile omejiti na dodatne dimenzije, s čimer se prepreči ali zmanjša njihova interakcija z delci in silami, ki sestavljajo standardni model. Idejo, ki je še posebej pomembna za teorijo strun, M-teorijo in supersimetrijo (SUSY), sta razvila teoretična fizika Lisa Randall in Raman Sundrum. Sekvestriranje lahko reši nekatere velike težave v fiziki delcev. Zlasti ponuja rešitev tako imenovanega “hierarhičnega problema” s prekinitvijo supersimetrije, hkrati pa se izogiba drugemu problemu, znanemu kot “kršitev okusa”.

Fiziki že dolgo iščejo Veliko poenoteno teorijo (GUT), ki združuje štiri naravne sile – elektromagnetno silo, močne in šibke jedrske sile ter gravitacijo – ter razlaga lastnosti vseh elementarnih delcev. Velik problem, ki ga mora obravnavati vsaka taka teorija, je očitna nezdružljivost splošne teorije relativnosti s kvantno teorijo in standardnim modelom. Teorija strun, v kateri se najbolj temeljne enote snovi, kot so elektroni in kvarki, obravnavajo kot izjemno drobne, enodimenzionalne, strunam podobne entitete, je en poskus takšne teorije. To se je razvilo v M-teorijo, v kateri se strune lahko razširijo v dvo- in tridimenzionalne “brane”, ki plavajo v višjedimenzionalnem prostoru, znanem kot “bulk”.

Poleg težav, povezanih z vnašanjem gravitacije v sliko, obstaja težava s samim standardnim modelom, znana kot problem hierarhije. Poenostavljeno povedano, problem hierarhije se osredotoča na to, zakaj je gravitacijska sila izjemno šibkejša od drugih naravnih sil, vendar vključuje tudi napovedane vrednosti za mase nekaterih hipotetičnih delcev, ki nosijo silo, ki se med seboj močno razlikujejo. Predvideva se, da je zlasti en hipotetični delec, Higgsov delec, relativno lahek, medtem ko se zdi, da ga morajo kvantni prispevki virtualnih delcev narediti izjemno masivnejšega, vsaj brez izjemne stopnje finega uravnavanja. Večina fizikov meni, da je to zelo malo verjetno, zato se iščejo nekatera temeljna načela za razlago razlik.

Teorija supersimetrije (SUSY) ponuja eno od možnih razlag. To navaja, da za vsak fermion – ali delec, ki tvori snov – obstaja bozon – ali delec, ki nosi silo – in obratno, tako da ima vsak delec v standardnem modelu supersimetričnega partnerja ali »superpartnerja«. Ker teh superpartnerjev nismo opazili, to pomeni, da je simetrija porušena in da supersimetrija obstaja le pri zelo visokih energijah. Po tej teoriji je problem hierarhije rešen z dejstvom, da se množični prispevki virtualnih delcev in njihovih superpartnerjev izničijo, s čimer se odstranijo navidezna odstopanja v standardnem modelu. Vendar pa obstaja problem s supersimetrijo.

Osnovna snov, ki tvori delce, kot so kvarki, prihaja v treh generacijah ali “okusih” z različnimi masami. Ko je supersimetrija porušena, se zdi, da se lahko pojavi cela vrsta interakcij, od katerih bi nekatere spremenile okus teh delcev. Ker te interakcije niso opazovane eksperimentalno, mora vsaka teorija kršenja supersimetrije nekako vključevati mehanizem, ki preprečuje tako imenovane kršitve okusa.

Tu nastopi sekvestracija. Če se vrnemo k konceptu tridimenzionalnih bran, ki lebdijo v večji dimenzionalni masi, je mogoče sekvestrirati prekinitev supersimetrije na ločeno brano od tiste, na kateri prebivajo delci in sile Standardnega modela. Učinke lomljenja supersimetrije bi lahko brani standardnega modela sporočili delci, ki nosijo silo in se lahko premikajo znotraj mase, sicer pa bi se delci standardnega modela obnašali na enak način kot pri neprekinjeni supersimetriji. Delci v razsutem stanju, ki bi lahko delovali tako z brano za lomljenje simetrije, kot z brano standardnega modela, bi določili, do katerih interakcij lahko pride, in bi lahko izključili interakcije, ki spreminjajo okus, ki jih ne opazimo. Teorija dobro deluje, če ima to vlogo graviton – hipotetični delec, ki nosi gravitacijsko silo.
Za razliko od mnogih drugih idej, ki se nanašajo na teorijo strun in M-teorijo, se zdi možno preizkusiti sekvestrirano supersimetrijo. Napoveduje množice superpartnerjev bozonov – delcev, ki nosijo silo -, ki so znotraj razpona energij, ki jih lahko doseže Veliki hadronski trkalnik (LHC). Če te delce opazuje LHC, se lahko njihove mase uskladijo s predvidenim. Od leta 2011 pa poskusi na LHC niso uspeli zaznati teh superpartnerjev pri energijah, pri katerih se je pričakovalo, da se bodo pojavili, kar se zdi, da izključuje najpreprostejšo različico SUSY, čeprav ne nekaterih bolj zapletenih različic. Tudi če se izkaže, da je SUSY napačen, ima lahko ideja sekvestracije še vedno koristne aplikacije v zvezi z drugimi problemi in skrivnostmi v fiziki.