En physique, qu'est-ce qu'un séquestre?
Dans le contexte de la physique, la séquestration est un moyen proposé par lequel certaines particules et forces peuvent être confinées à des dimensions supplémentaires, empêchant ou minimisant leur interaction avec les particules et forces constituant le modèle standard. L'idée, particulièrement pertinente pour la théorie des cordes, la théorie M et la supersymétrie (SUSY), a été développée par les physiciens théoriciens Lisa Randall et Raman Sundrum. Les séquestres peuvent résoudre certains problèmes majeurs en physique des particules. En particulier, il offre une solution à ce que l’on appelle le «problème de hiérarchie» par la rupture de la supersymétrie, tout en évitant un autre problème appelé «violation de saveur».
Les physiciens ont longtemps recherché une théorie du grand unifié (GUT) qui unit les quatre forces de la nature - la force électromagnétique, les forces nucléaires fortes et faibles et la gravité - tout en expliquant les propriétés de toutes les particules élémentaires. Le gros problème que toute théorie de ce type doit aborder est l’incompatibilité apparente de la relativité générale avec la théorie quantique et le modèle standard. La théorie des cordes, dans laquelle les unités les plus fondamentales de la matière, telles que les électrons et les quarks, sont considérées comme des entités extrêmement minuscules, unidimensionnelles, ressemblant à des cordes, constitue l'une des tentatives d'une telle théorie. Cela a été développé en théorie M, dans laquelle les chaînes peuvent être étendues en «branes» à deux et trois dimensions flottant dans un espace de dimension supérieure, appelé «volume».
Outre les problèmes liés à la gravité, il existe un problème avec le modèle standard lui-même, appelé problème de hiérarchie. En termes simples, le problème de la hiérarchie se concentre sur les raisons pour lesquelles la force gravitationnelle est énormément plus faible que les autres forces de la nature, mais elle implique également des valeurs prédites pour les masses de certaines particules porteuses de forces hypothétiques qui diffèrent énormément les unes des autres. Une particule hypothétique en particulier, la particule de Higgs, devrait être relativement légère, alors qu'il semble que les contributions quantiques de particules virtuelles doivent la rendre énormément plus massive, du moins sans un degré extraordinaire de réglage précis. Ceci est considéré comme extrêmement improbable par la plupart des physiciens, un principe sous-jacent est donc recherché pour expliquer les disparités.
La théorie de la supersymétrie (SUSY) fournit une explication possible. Cela indique que pour chaque fermion - ou particule formant la matière - il existe un boson - ou particule porteuse de force - et inversement, de sorte que chaque particule du modèle standard a un partenaire supersymétrique ou «superpartisseur». n’a pas été observé, cela signifie que la symétrie est brisée et que la supersymétrie n’existe que pour de très hautes énergies. Selon cette théorie, le problème de la hiérarchie est résolu par le fait que les contributions en masse des particules virtuelles et de leurs super-partenaires s'annulent, éliminant ainsi les divergences apparentes dans le modèle standard. Il y a cependant un problème de supersymétrie.
La matière fondamentale formant des particules telles que les quarks se présente en trois générations ou «arômes», avec des masses différentes. Lorsque la supersymétrie est brisée, il semble qu'une multitude d'interactions puissent se produire, dont certaines modifieraient le goût de ces particules. Puisque ces interactions ne sont pas observées expérimentalement, toute théorie de la rupture de supersymétrie doit en quelque sorte inclure un mécanisme empêchant ce que l’on appelle les violations de la saveur.
C’est là que la séquestration entre en jeu. En revenant au concept de branes tridimensionnelles flottant dans un plus grand volume dimensionnel, il est possible de séquestrer la supersymétrie en une brane distincte de celle sur laquelle reposent les particules et les forces du modèle standard. Les effets de rupture de supersymétrie pourraient être communiqués au modèle standard par des particules porteuses de force capables de se déplacer dans la masse, mais sinon, les particules du modèle standard se comporteraient de la même manière que dans une supersymétrie ininterrompue. Les particules en vrac qui pourraient interagir à la fois avec la brane qui casse les symétries et la brane du modèle standard détermineraient les interactions pouvant se produire et pourraient exclure les interactions de changement de saveur que nous n'observons pas. La théorie fonctionne bien si le graviton - la particule hypothétique porteuse de force de gravité - joue ce rôle.
Contrairement à de nombreuses autres idées relatives à la théorie des cordes et à la théorie M, il semble possible de tester la supersymétrie séquestrée. Il fait des prédictions pour les masses des super-partenaires des bosons - des particules porteuses de force - comprises dans la plage des énergies pouvant être atteintes par le Grand collisionneur de hadrons (LHC). Si ces particules sont observées par le LHC, leurs masses peuvent correspondre aux prévisions. Cependant, à partir de 2011, les expériences au LHC n’ont pas permis de détecter ces super-partenaires aux énergies auxquelles ils étaient censés apparaître, résultat qui semble exclure la version la plus simple de SUSY, mais non des versions plus complexes. Même si SUSY se trompe, l’idée de séquestration peut encore avoir des applications utiles en ce qui concerne d’autres problèmes et mystères de la physique.