Dans le contexte de la physique, la séquestration est un moyen proposé par lequel certaines particules et forces peuvent être confinées dans des dimensions supplémentaires, empêchant ou minimisant leur interaction avec les particules et les forces qui composent le modèle standard. L’idée, qui présente un intérêt particulier pour la théorie des cordes, la théorie M et la supersymétrie (SUSY), a été développée par les physiciens théoriciens Lisa Randall et Raman Sundrum. La séquestration peut résoudre certains problèmes majeurs de la 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 connu sous le nom de violation de saveur.
Les physiciens recherchent depuis longtemps une théorie de la grande unification (GUT) qui unit les quatre forces de la nature – la force électromagnétique, les forces nucléaires fortes et faibles et la gravité – et explique les propriétés de toutes les particules élémentaires. Le gros problème qu’une telle théorie doit résoudre 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, semblables à des cordes, est une tentative d’une telle théorie. Cela a été développé en théorie M, dans laquelle les cordes peuvent être étendues en branes bidimensionnelles et tridimensionnelles flottant dans un espace de dimension supérieure, connu sous le nom de bulk.
En plus des problèmes liés à l’introduction de la gravité dans l’image, il existe un problème avec le modèle standard lui-même, connu sous le nom de problème de hiérarchie. Pour le dire simplement, le problème de la hiérarchie se concentre sur la raison pour laquelle la force gravitationnelle est énormément plus faible que les autres forces de la nature, mais il implique également des valeurs prédites pour les masses de certaines particules porteuses de force 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 des particules virtuelles doivent la rendre énormément plus massive, du moins sans un degré extraordinaire de réglage fin. Ceci est considéré comme extrêmement improbable par la plupart des physiciens, de sorte qu’un principe sous-jacent est recherché pour expliquer les disparités.
La théorie de la supersymétrie (SUSY) fournit une explication possible. Cela indique que pour chaque fermion – ou particule formatrice de matière – il y a un boson – ou particule porteuse de force – et vice-versa, de sorte que chaque particule du modèle standard a un partenaire supersymétrique ou « superpartenaire ». Comme ces superpartenaires n’ont pas été observés, cela signifie que la symétrie est brisée, et que la supersymétrie n’existe qu’aux très hautes énergies. Selon cette théorie, le problème de hiérarchie est résolu par le fait que les contributions de masse des particules virtuelles et de leurs superpartenaires s’annulent, supprimant les écarts apparents dans le modèle standard. Il y a cependant un problème avec la supersymétrie.
La matière fondamentale formant des particules telles que les quarks se présente en trois générations ou saveurs, avec des masses différentes. Lorsque la supersymétrie est brisée, il semble que toute une série d’interactions peuvent se produire, dont certaines modifieraient les saveurs de ces particules. Étant donné que ces interactions ne sont pas observées expérimentalement, toute théorie de la rupture de la supersymétrie doit d’une manière ou d’une autre inclure un mécanisme qui empêche ce que l’on appelle les violations de saveur.
C’est là qu’intervient la séquestration. Pour en revenir au concept de branes tridimensionnelles flottant dans une masse dimensionnelle supérieure, il est possible de séquestrer la rupture de la supersymétrie dans une brane distincte de celle sur laquelle résident les particules et les forces du modèle standard. Les effets de rupture de la supersymétrie pourraient être communiqués à la brane du 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 la supersymétrie ininterrompue. Les particules en vrac qui pourraient interagir à la fois avec la brane de rupture de symétrie et la brane du modèle standard détermineraient quelles interactions peuvent 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 gravitationnelle – 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 superpartenaires des bosons – les particules porteuses de force – qui se situent dans la gamme d’énergies réalisables par le Grand collisionneur de hadrons (LHC). Si ces particules sont observées par le LHC, leurs masses peuvent correspondre à ce qui est prédit. En 2011, cependant, les expériences au LHC n’ont pas réussi à détecter ces superpartenaires aux énergies auxquelles ils devaient apparaître, un résultat qui semble exclure la version la plus simple de SUSY, mais pas certaines versions plus complexes. Même si SUSY s’avère erronée, l’idée de séquestration peut encore avoir des applications utiles en ce qui concerne d’autres problèmes et mystères de la physique.