W fizyce, czym jest sekwestrowanie?
W kontekście fizyki sekwestracja jest proponowanym środkiem, za pomocą którego pewne cząstki i siły można ograniczyć do dodatkowych wymiarów, zapobiegając lub minimalizując ich interakcję z cząsteczkami i siłami, które składają się na Model Standardowy. Pomysł, który ma szczególne znaczenie dla teorii strun, teorii M i supersymetrii (SUSY), został opracowany przez fizyków teoretycznych Lisa Randall i Raman Sundrum. Sekwestrowanie może rozwiązać niektóre poważne problemy w fizyce cząstek. W szczególności oferuje rozwiązanie tak zwanego „problemu hierarchii” poprzez przełamanie supersymetrii, unikając jednocześnie innego problemu zwanego „naruszeniem smaku”.
Fizycy od dawna poszukiwali teorii Grand Unified Theory (GUT), która łączy cztery siły przyrody - siłę elektromagnetyczną, silne i słabe siły jądrowe oraz grawitację - a także wyjaśnia właściwości wszystkich cząstek elementarnych. Ogromnym problemem, którym musi sprostać każda taka teoria, jest pozorna niezgodność ogólnej teorii względności z teorią kwantową i modelem standardowym. Teoria strun, w której najbardziej fundamentalne jednostki materii, takie jak elektrony i kwarki, są uważane za niezwykle małe, jednowymiarowe, podobne do strun istoty, jest jedną z prób takiej teorii. Zostało to rozwinięte w teorię M, w której struny można rozciągać na dwu- i trójwymiarowe „brany” unoszące się w przestrzeni o wyższym wymiarze, znanej jako „bryła”.
Oprócz problemów związanych z przenoszeniem grawitacji na obraz występuje problem z samym modelem standardowym, znany jako problem hierarchii. Mówiąc prościej, problem hierarchii koncentruje się na tym, dlaczego siła grawitacji jest ogromnie słabsza niż inne siły natury, ale obejmuje także przewidywane wartości mas niektórych hipotetycznych cząstek przenoszących siłę, które różnią się od siebie ogromnie. W szczególności jedna hipotetyczna cząstka, cząstka Higgsa, ma być stosunkowo lekka, podczas gdy wydaje się, że wkład kwantowy wirtualnych cząstek musi uczynić ją niezwykle masywną, przynajmniej bez nadzwyczajnego stopnia dostrojenia. Większość fizyków uważa to za niezwykle mało prawdopodobne, dlatego dąży się do wyjaśnienia tych różnic.
Teoria supersymetrii (SUSY) zapewnia jedno możliwe wyjaśnienie. Stwierdza to, że dla każdej fermionu - lub cząstki tworzącej materię - jest bozon - lub cząstka przenosząca siłę - i odwrotnie, tak że każda cząstka w Modelu Standardowym ma supersymetrycznego partnera lub „superpartnera”. Ponieważ ci superpartnerzy mają nie zaobserwowano, oznacza to, że symetria jest zerwana, a supersymetria istnieje tylko przy bardzo wysokich energiach. Zgodnie z tą teorią problem hierarchii rozwiązuje fakt, że udziały masowe cząstek wirtualnych i ich superpartnerów znoszą się, usuwając pozorne rozbieżności w Modelu Standardowym. Istnieje jednak problem z supersymetrią.
Zasadnicze cząstki tworzące materię, takie jak kwarki, występują w trzech pokoleniach lub „smakach” o różnych masach. Gdy supersymetria zostaje zerwana, wydaje się, że może wystąpić cały szereg interakcji, z których niektóre zmieniłyby smaki tych cząstek. Ponieważ te interakcje nie są obserwowane eksperymentalnie, każda teoria łamania supersymetrii musi w jakiś sposób zawierać mechanizm, który zapobiega tak zwanemu naruszeniu smaku.
W tym momencie pojawia się sekwestracja. Wracając do koncepcji trójwymiarowych otrąb unoszących się w większej wymiarowej masie, możliwe jest zsekwencjonowanie pękania supersymetrii do oddzielnej brany od cząstki i sił modelu standardowego. Efekty niszczenia supersymetrii mogą być przekazywane do brane Modelu Standardowego przez cząstki przenoszące siłę, które są w stanie poruszać się w masie, ale w przeciwnym razie cząstki Modelu Standardowego zachowywałyby się w taki sam sposób jak w supersymetrii nieprzerwanej. Cząstki w masie, które mogą oddziaływać zarówno z brane zrywającą symetrię, jak i brane z modelu standardowego, określą, jakie interakcje mogą wystąpić, i mogą wykluczyć interakcje zmieniające smak, których nie obserwujemy. Teoria działa dobrze, jeśli grawiton - hipotetyczna cząstka przenosząca siłę grawitacji - odgrywa tę rolę.
W przeciwieństwie do wielu innych pomysłów związanych z teorią strun i teorią M wydaje się, że możliwe jest przetestowanie supersymetrii sekwestrowanej. Umożliwia przewidywanie mas superpartnerów bozonów - cząstek przenoszących siłę - które mieszczą się w zakresie energii osiągalnej przez Wielki Zderzacz Hadronów (LHC). Jeśli te cząsteczki są obserwowane przez LHC, ich masy można dopasować do przewidywanych. Jednak w 2011 r. Eksperymenty w LHC nie wykryły tych superpartnerów przy energiach, przy których oczekiwano ich pojawienia się, co wydaje się wykluczać najprostszą wersję SUSY, choć nie bardziej skomplikowane wersje. Nawet jeśli SUSY okaże się błędny, idea sekwestracji może nadal mieć przydatne zastosowania w odniesieniu do innych problemów i tajemnic w fizyce.