Kas yra sekvestravimas fizikoje?

Fizikos kontekste sekvesteravimas yra siūloma priemonė, kuria tam tikros dalelės ir jėgos gali būti apribotos papildomais matmenimis, užkertant kelią arba sumažinant jų sąveiką su dalelėmis ir jėgomis, kurios sudaro standartinį modelį. Idėją, kuri ypač svarbi stygų teorijai, M teorijai ir supersimetrijai (SUSY), sukūrė teoriniai fizikai Lisa Randall ir Ramanas Sundrum. Sekvesteravimas gali išspręsti kai kurias pagrindines dalelių fizikos problemas. Visų pirma jame siūlomas sprendimas vadinamajai „hierarchijos problemai“ panaikinant supersimetriją ir išvengiant kitos problemos, vadinamos „skonio pažeidimu“.

Fizikai jau seniai ieškojo Didžiosios vieningos teorijos (GUT), kuri suvienytų keturias gamtos jėgas – elektromagnetinę jėgą, stipriąsias ir silpnąsias branduolines jėgas bei gravitaciją – ir paaiškintų visų elementariųjų dalelių savybes. Didelė problema, kurią turi spręsti bet kuri tokia teorija, yra akivaizdus bendrosios reliatyvumo teorijos nesuderinamumas su kvantine teorija ir standartiniu modeliu. Stygų teorija, kurioje pagrindiniai materijos vienetai, tokie kaip elektronai ir kvarkai, laikomi itin mažomis, vienamatėmis, į stygas panašiomis būtybėmis, yra vienas iš tokios teorijos bandymų. Tai buvo išplėtota į M teoriją, kurioje stygos gali būti pratęstos į dvimates ir trimates „branas“, plūduriuojančias aukštesnio dydžio erdvėje, vadinamoje „masu“.

Be problemų, susijusių su gravitacijos įtraukimu į paveikslą, yra ir paties standartinio modelio problema, žinoma kaip hierarchijos problema. Paprasčiau tariant, hierarchijos problema yra susijusi su tuo, kodėl gravitacinė jėga yra nepaprastai silpnesnė už kitas gamtos jėgas, tačiau ji taip pat apima numatomas kai kurių hipotetinių jėgą pernešančių dalelių, kurios labai skiriasi viena nuo kitos, masių vertes. Numatoma, kad ypač viena hipotetinė dalelė, Higgso dalelė, bus gana lengva, nors atrodo, kad virtualių dalelių kvantinis įnašas turi padaryti ją nepaprastai masyvesnę, bent jau be ypatingo tikslaus derinimo. Dauguma fizikų mano, kad tai labai mažai tikėtina, todėl ieškoma tam tikro pagrindinio principo, kuris paaiškintų skirtumus.

Supersimetrijos teorija (SUSY) pateikia vieną galimą paaiškinimą. Tai teigia, kad kiekvienam fermionui – arba medžiagą formuojančiai dalelei – yra bozonas – arba jėgą nešanti dalelė – ir atvirkščiai, todėl kiekviena standartinio modelio dalelė turi supersimetrinį partnerį arba „superpartnerį“. Kadangi šie superpartneriai nebuvo pastebėti, tai reiškia, kad simetrija yra pažeista ir ta supersimetrija egzistuoja tik esant labai didelėms energijoms. Remiantis šia teorija, hierarchijos problema išspręsta tuo, kad virtualių dalelių ir jų superpartnerių masės indėlis panaikinamas, pašalinant akivaizdžius standartinio modelio neatitikimus. Tačiau yra supersimetrijos problema.

Pagrindinės medžiagos, sudarančios daleles, tokias kaip kvarkai, yra trijų kartų arba „skonių“, kurių masė skiriasi. Kai supersimetrija pažeidžiama, atrodo, kad gali įvykti daugybė sąveikų, kai kurios iš jų pakeistų šių dalelių skonį. Kadangi šios sąveikos nėra stebimos eksperimentiškai, bet kokia supersimetrijos laužymo teorija turi kažkaip apimti mechanizmą, kuris užkerta kelią vadinamiesiems skonio pažeidimams.

Čia atsiranda sekvestravimas. Grįžtant prie trimačių branų, plūduriuojančių didesniame matmenyje, sampratos, galima išskirti supersimetriją, kuri išsiskiria į atskirą braną nuo tos, kurioje yra Standartinio modelio dalelės ir jėgos. Supersimetrijos laužymo efektai gali būti perduodami Standartinio modelio branai jėgą nešančiomis dalelėmis, kurios gali judėti didžiojoje masėje, tačiau kitu atveju standartinio modelio dalelės elgtųsi taip pat, kaip ir nepertraukiamos supersimetrijos atveju. Didelės dalelės, galinčios sąveikauti tiek su simetriją laužančia brana, tiek su standartinio modelio brana, lemtų, kokia sąveika gali atsirasti, ir gali atmesti skonį keičiančias sąveikas, kurių mes nepastebime. Teorija veikia gerai, jei gravitonas – hipotetinė gravitacijos jėgą nešanti dalelė – atlieka šį vaidmenį.
Skirtingai nuo daugelio kitų idėjų, susijusių su stygų teorija ir M teorija, atrodo, kad įmanoma patikrinti atskirtą supersimetriją. Jis numato bozonų superpartnerių – jėgą nešančių dalelių – mases, kurios patenka į energijos diapazoną, kurį gali pasiekti Didysis hadronų greitintuvas (LHC). Jei šias daleles stebi LHC, jų masę galima suderinti su numatoma. Tačiau nuo 2011 m. atlikus eksperimentus LHC nepavyko aptikti šių superpartnerių tokiomis energijomis, kokiomis jie turėtų pasirodyti, o tai, atrodo, atmeta paprasčiausią SUSY versiją, nors ir ne kai kurias sudėtingesnes versijas. Net jei įrodyta, kad SUSY yra klaidingas, sekvestravimo idėja vis tiek gali būti naudinga sprendžiant kitas fizikos problemas ir paslaptis.