Hva er sekvensering innen fysikk?

I fysikkens sammenheng er sekvestering et foreslått middel der visse partikler og krefter kan begrenses til ekstra dimensjoner, for å forhindre eller minimere deres interaksjon med partiklene og kreftene som utgjør standardmodellen. Ideen, som har særlig relevans for strengteori, M-teori og supersymmetri (SUSY), ble utviklet av de teoretiske fysikerne Lisa Randall og Raman Sundrum. Sekvensering kan løse noen store problemer innen partikkelfysikk. Spesielt tilbyr det en løsning på det som kalles "hierarkiproblemet" gjennom å bryte supersymmetri, samtidig som du unngår et annet problem kjent som "smaksbrudd."

Fysikere har lenge søkt en Grand Unified Theory (GUT) som forener naturens fire krefter - den elektromagnetiske kraften, de sterke og svake atomkreftene og tyngdekraften - samt forklarer egenskapene til alle elementære partikler. Det store problemet som en slik teori må ta tak i, er den tilsynelatende uforeneligheten av generell relativitet med kvanteteori og standardmodellen. Stringteori, der de mest grunnleggende materieenhetene, som elektroner og kvarker, blir sett på som ekstremt ørsmå, endimensjonale, strenglignende enheter, er et forsøk på en slik teori. Dette er utviklet til M-teori, der strengene kan utvides til to og tredimensjonale "braner" som flyter i et høyere dimensjonalt rom, kjent som "bulk".

I tillegg til problemene med å bringe tyngdekraften inn i bildet, er det et problem med selve Standardmodellen, kjent som hierarkiproblemet. For å si det enkelt, sentrerer hierarkiproblemet om hvorfor gravitasjonskraften er enormt svakere enn de andre naturkreftene, men det innebærer også forutsagte verdier for massene til noen hypotetiske kraftbærende partikler som skiller seg enormt fra hverandre. En hypotetisk partikkel spesielt, Higgs-partikkelen, er spådd å være relativt lett, mens det ser ut til at kvantebidrag fra virtuelle partikler må gjøre den enormt mer massiv, i det minste uten en ekstraordinær grad av finjustering. Dette anses som ekstremt usannsynlig av de fleste fysikere, så det er søkt noe underliggende prinsipp for å forklare forskjellene.

Teorien om supersymmetri (SUSY) gir en mulig forklaring. Dette sier at for hver fermion - eller materiedannende partikkel - er det en boson - eller kraftbærende partikkel - og omvendt, slik at hver partikkel i Standardmodellen har en supersymmetrisk partner eller "superpartner." Siden disse superpartnere har ikke blitt observert, betyr det at symmetrien er ødelagt, og at supersymmetri bare eksisterer ved veldig høye energier. I følge denne teorien løses hierarkiproblemet ved at massebidragene til de virtuelle partiklene og deres superpartnere avbryter, og fjerner de tilsynelatende avvikene i standardmodellen. Det er imidlertid et problem med supersymmetri.

Grunnstoff som danner partikler som kvark, kommer i tre generasjoner eller "smaker" med forskjellige masser. Når supersymmetri brytes, ser det ut til at det kan oppstå en hel rekke interaksjoner, hvorav noen vil endre smaken til disse partiklene. Siden disse interaksjonene ikke blir observert eksperimentelt, må noen teori om supersymmetribrudd på en eller annen måte inkludere en mekanisme som forhindrer det som kalles smaksbrudd.

Det er her sekvestering kommer inn. Når vi ser tilbake til konseptet med tredimensjonale kveler som flyter i en høyere dimensjonell bulk, er det mulig å sekvestere supersymmetri som bryter til en egen klat fra det som partiklene og kreftene til Standard Model ligger på. Supersymmetri-brytningseffektene kan kommuniseres til Standard Model-klossen ved kraftbærende partikler som er i stand til å bevege seg i bulk, men ellers ville Standard Model-partiklene oppføre seg på samme måte som ved ubrutt supersymmetri. Partikler i hovedvekten som kan samhandle med både den symmetribrytende klossen og Standard Model-klossen ville avgjøre hvilke interaksjoner som kan oppstå, og kan utelukke de smaksforandrende interaksjonene vi ikke observerer. Teorien fungerer bra hvis graviton - den hypotetiske tyngdekraften som bærer partikkel - spiller denne rollen.

I motsetning til mange andre ideer knyttet til strengteori og M-teori, ser det ut til å være mulig å teste sekundær supersymmetri. Det gir forutsigelser for massene til superpartnerne i bosonene - kraftbærende partikler - som er innenfor området for energier oppnåelig av Large Hadron Collider (LHC). Hvis disse partiklene blir observert av LHC, kan massene deres tilpasses det som er forutsagt. Fra 2011 har imidlertid eksperimenter ved LHC ikke klart å oppdage disse superpartnerne på energiene de forventet å vises, et resultat som ser ut til å utelukke den enkleste versjonen av SUSY, selv om ikke noen mer komplekse versjoner. Selv om SUSY er bevist feil, kan ideen om sekvestering fortsatt ha nyttige applikasjoner med hensyn til andre problemer og mysterier innen fysikk.