Hvad er sekventering inden for fysik?

I fysikens sammenhæng er sekvestering et foreslået middel, hvorved visse partikler og kræfter kan begrænses til ekstra dimensioner, hvilket forhindrer eller minimerer deres interaktion med de partikler og kræfter, der omfatter standardmodellen. Ideen, der har særlig relevans for strengteori, M-teori og supersymmetri (SUSY), blev udviklet af de teoretiske fysikere Lisa Randall og Raman Sundrum. Sekventering kan løse nogle større problemer inden for partikelfysik. Især tilbyder den en løsning på det, der er kendt som ”hierarkiproblemet” gennem brud på supersymmetri, samtidig med at man undgår et andet problem, der kaldes ”smagsovertrædelse”.

Fysikere har længe søgt en Grand Unified Theory (GUT), der forener de fire naturkræfter - den elektromagnetiske kraft, de stærke og svage kernekræfter og tyngdekraften - samt forklarer egenskaberne for alle elementære partikler. Det store problem, som enhver sådan teori skal tackle, er den tilsyneladende uforenelighed med den generelle relativitet med kvanteteori og standardmodellen. Stringteori, hvor de mest grundlæggende enheder af stof, såsom elektroner og kvarker, betragtes som ekstremt små, en-dimensionelle, strenglignende enheder, er et forsøg på en sådan teori. Dette er blevet udviklet til M-teori, hvor strenge kan udvides til to og tredimensionelle "klods", der flyder i et højere dimensionelt rum, kendt som "bulk".

Ud over de problemer, der er forbundet med at bringe tyngdekraften ind i billedet, er der et problem med selve Standardmodellen, kendt som hierarkiproblemet. Kort sagt, centrerer hierarkiproblemet om, hvorfor tyngdekraften er enormt svagere end de andre naturkræfter, men det involverer også forudsagte værdier for masserne af nogle hypotetiske kraftbærende partikler, der adskiller sig enormt fra hinanden. En hypotetisk partikel især, Higgs-partiklen, forudsiges at være relativt let, mens det ser ud til, at kvantebidrag fra virtuelle partikler skal gøre den enormt mere massiv, i det mindste uden en ekstraordinær grad af finjustering. Dette betragtes som yderst usandsynligt af de fleste fysikere, så der søges et eller andet underliggende princip for at forklare forskellene.

Teori om supersymmetri (SUSY) giver en mulig forklaring. Dette siger, at der for hver fermion - eller stofdannende partikel - er en boson - eller kraftbærende partikel - og vice versa, så hver partikel i standardmodellen har en supersymmetrisk partner eller "superpartner." Da disse superpartnere har ikke er observeret, betyder det, at symmetrien er brudt, og at supersymmetri kun findes ved meget høje energier. I henhold til denne teori løses hierarkiproblemet ved, at massebidragene for de virtuelle partikler og deres superpartnere annullerer, hvilket fjerner de tilsyneladende uoverensstemmelser i standardmodellen. Der er dog et problem med supersymmetri.

Grundlæggende stoffer, der danner partikler som kvarker, kommer i tre generationer eller "smagsstoffer" med forskellige masser. Når supersymmetri brydes, ser det ud til, at der kan forekomme en hel række interaktioner, hvoraf nogle vil ændre aromaerne på disse partikler. Da disse interaktioner ikke observeres eksperimentelt, skal enhver teori om supersymmetribrud på en eller anden måde omfatte en mekanisme, der forhindrer, hvad der er kendt som smagsovertrædelser.

Det er her, sekvestering kommer ind. Når vi vender tilbage til konceptet med tredimensionelle braner, der flyder i en højere dimensionel bulk, er det muligt at sekvestere supersymmetri, der bryder til en separat bran, fra den, som partiklerne og kræfterne i standardmodellen befinder sig på. De supersymmetriske brydningseffekter kunne kommunikeres til Standard Model-klodsen ved kraftbærende partikler, der er i stand til at bevæge sig inden i bulk, men ellers ville Standard Model-partiklerne opføre sig på samme måde som ved ubrudt supersymmetri. Partikler i hovedparten, der kunne interagere med både den symmetrisk brudende klods og standardmodellen klods, bestemmer, hvilke interaktioner der kan forekomme, og kan udelukke de smagsændrende interaktioner, vi ikke observerer. Teorien fungerer godt, hvis graviton - den hypotetiske tyngdekraftsbærende partikel - spiller denne rolle.

I modsætning til mange andre ideer, der vedrører strengteori og M-teori, ser det ud til at være muligt at teste sekesteret supersymmetri. Det giver forudsigelser for masserne af superpartnerne i bosonerne - kraftbærende partikler - der er inden for området for energier, der kan opnås af Large Hadron Collider (LHC). Hvis disse partikler observeres af LHC, kan deres masser tilpasses det, der er forudsagt. Fra 2011 har eksperimenter på LHC imidlertid ikke fundet disse superpartnere ved de energier, som de forventedes at vises, et resultat, der synes at udelukke den enkleste version af SUSY, skønt ikke nogle mere komplekse versioner. Selv hvis SUSY er bevist forkert, kan ideen om sekvestering stadig have nyttige applikationer med hensyn til andre problemer og mysterier inden for fysik.