Kas ir sekvestrēšana fizikā?

Fiziķi jau sen ir meklējuši Lielo vienoto teoriju (GUT), kas apvieno četrus dabas spēkus — elektromagnētisko spēku, stipros un vājos kodolspēkus un gravitāciju —, kā arī izskaidro visu elementārdaļiņu īpašības. Lielā problēma, kas jārisina jebkurai šādai teorijai, ir vispārējās relativitātes teorijas acīmredzamā nesaderība ar kvantu teoriju un standarta modeli. Stīgu teorija, kurā matērijas pamatvienības, piemēram, elektroni un kvarki, tiek uzskatītas par ārkārtīgi niecīgām, viendimensionālām stīgām vienībām, ir viens no šādas teorijas mēģinājumiem. Tas ir izstrādāts M-teorijā, kurā stīgas var paplašināt divdimensiju un trīsdimensiju “brānās”, kas peld augstākas dimensijas telpā, kas pazīstama kā “masa”.

Papildus problēmām, kas saistītas ar gravitācijas ieviešanu attēlā, pastāv problēma ar pašu standarta modeli, kas pazīstama kā hierarhijas problēma. Vienkārši sakot, hierarhijas problēma ir vērsta uz to, kāpēc gravitācijas spēks ir ārkārtīgi vājāks par citiem dabas spēkiem, bet tas ietver arī prognozētās vērtības dažu hipotētisku spēku nesošo daļiņu masām, kas ļoti atšķiras viena no otras. Tiek prognozēts, ka viena hipotētiskā daļiņa, jo īpaši Higsa daļiņa, būs salīdzinoši viegla, lai gan šķiet, ka virtuālo daļiņu kvantu ieguldījumam tā ir jāpadara ārkārtīgi masīvāka, vismaz bez ārkārtējas precizēšanas pakāpes. Lielākā daļa fiziķu to uzskata par ārkārtīgi maz ticamu, tāpēc tiek meklēts kāds pamatā esošais princips, lai izskaidrotu atšķirības.

Supersimetrijas teorija (SUSY) sniedz vienu iespējamo skaidrojumu. Tas norāda, ka katram fermionam vai vielu veidojošai daļiņai ir bozons vai spēku nesošā daļiņa un otrādi, tāpēc katrai daļiņai standarta modelī ir supersimetrisks partneris vai “superpartneris”. Tā kā šie superpartneri nav novēroti, tas nozīmē, ka simetrija ir salauzta un supersimetrija pastāv tikai pie ļoti augstām enerģijām. Saskaņā ar šo teoriju hierarhijas problēma tiek atrisināta ar to, ka virtuālo daļiņu un to superpartneru masas ieguldījums tiek atcelts, novēršot šķietamās neatbilstības standarta modelī. Tomēr ir problēma ar supersimetriju.

Pamatvielām, kas veido daļiņas, piemēram, kvarkus, ir trīs paaudzes jeb “garšas” ar atšķirīgu masu. Ja supersimetrija tiek izjaukta, šķiet, ka var notikt vesela virkne mijiedarbību, no kurām dažas mainītu šo daļiņu garšu. Tā kā šīs mijiedarbības netiek novērotas eksperimentāli, jebkurai supersimetrijas pārrāvuma teorijai kaut kādā veidā jāiekļauj mehānisms, kas novērš tā sauktos garšas pārkāpumus.

Šeit parādās sekvestrēšana. Atgriežoties pie koncepcijas par trīsdimensiju brānām, kas peld augstākās dimensijas masā, ir iespējams atdalīt supersimetriju, kas sadalās atsevišķā branā no tās, uz kuras atrodas Standarta modeļa daļiņas un spēki. Supersimetrijas pārraušanas efektus standarta modeļa branai varētu paziņot ar spēku nesošām daļiņām, kas spēj pārvietoties lielapjoma ietvaros, taču pretējā gadījumā standarta modeļa daļiņas darbotos tāpat kā nepārkāptas supersimetrijas gadījumā. Lielākoties daļiņas, kas varētu mijiedarboties gan ar simetriju sadalošo branu, gan ar standarta modeļa branu, noteiks, kāda mijiedarbība var notikt, un varētu izslēgt garšu mainošās mijiedarbības, kuras mēs nenovērojam. Teorija darbojas labi, ja gravitons – hipotētiskā gravitācijas spēku nesošā daļiņa – spēlē šo lomu.

Atšķirībā no daudzām citām idejām, kas saistītas ar stīgu teoriju un M-teoriju, šķiet iespējams pārbaudīt sekvestrēto supersimetriju. Tas sniedz prognozes par bozonu superpartneru — spēku nesošo daļiņu — masām, kas ir liela hadronu paātrinātāja (LHC) sasniedzamās enerģijas diapazonā. Ja šīs daļiņas novēro LHC, to masas var saskaņot ar prognozēto. Tomēr no 2011. gada eksperimentiem LHC nav izdevies atklāt šos superpartnerus tādā enerģijā, kādā tie bija gaidāmi, un šķiet, ka rezultāts izslēdz vienkāršāko SUSY versiju, lai gan ne dažas sarežģītākas versijas. Pat ja SUSY izrādās nepareizs, sekvestrēšanas idejai joprojām var būt noderīgi pielietojumi attiecībā uz citām fizikas problēmām un noslēpumiem.