Nel contesto della fisica, il sequestro è un mezzo proposto mediante il quale determinate particelle e forze possono essere confinate a dimensioni extra, prevenendo o riducendo al minimo la loro interazione con le particelle e le forze che compongono il Modello Standard. L’idea, che ha particolare rilevanza per la teoria delle stringhe, la teoria M e la supersimmetria (SUSY), è stata sviluppata dai fisici teorici Lisa Randall e Raman Sundrum. Il sequestro può risolvere alcuni importanti problemi nella fisica delle particelle. In particolare, offre una soluzione a quello che è noto come il “problema della gerarchia” attraverso la rottura della supersimmetria, evitando un altro problema noto come “violazione del sapore”.
I fisici hanno cercato a lungo una Teoria della Grande Unificazione (GUT) che unisse le quattro forze della natura – la forza elettromagnetica, le forze nucleari forti e deboli e la gravità – oltre a spiegare le proprietà di tutte le particelle elementari. Il grande problema che qualsiasi teoria di questo tipo deve affrontare è l’apparente incompatibilità della relatività generale con la teoria quantistica e il Modello standard. La teoria delle stringhe, in cui le unità fondamentali della materia, come elettroni e quark, sono considerate entità estremamente piccole, unidimensionali e simili a stringhe, è un tentativo di tale teoria. Questo è stato sviluppato nella teoria M, in cui le stringhe possono essere estese in “brane” bidimensionali e tridimensionali fluttuanti in uno spazio dimensionale superiore, noto come “bulk”.
Oltre ai problemi coinvolti nel portare la gravità nel quadro, c’è un problema con il modello standard stesso, noto come problema della gerarchia. Per dirla semplicemente, il problema della gerarchia è incentrato sul motivo per cui la forza gravitazionale è enormemente più debole delle altre forze della natura, ma coinvolge anche valori previsti per le masse di alcune ipotetiche particelle portatrici di forza che differiscono enormemente l’una dall’altra. Si prevede che un’ipotetica particella in particolare, la particella di Higgs, sia relativamente leggera, mentre sembra che i contributi quantistici delle particelle virtuali debbano renderla enormemente più massiccia, almeno senza uno straordinario grado di messa a punto. Questo è considerato estremamente improbabile dalla maggior parte dei fisici, quindi si cerca qualche principio sottostante per spiegare le disparità.
La teoria della supersimmetria (SUSY) fornisce una possibile spiegazione. Questo afferma che per ogni fermione – o particella che forma materia – c’è un bosone – o particella portatrice di forza – e viceversa, così che ogni particella nel Modello Standard ha un partner supersimmetrico o “superpartner”. Poiché questi superpartner non sono stati osservati, significa che la simmetria è rotta e che la supersimmetria esiste solo a energie molto elevate. Secondo questa teoria, il problema della gerarchia è risolto dal fatto che i contributi di massa delle particelle virtuali e dei loro superpartner si annullano, rimuovendo le apparenti discrepanze nel Modello Standard. C’è, tuttavia, un problema con la supersimmetria.
Le particelle che formano la materia fondamentale come i quark sono disponibili in tre generazioni o “sapori”, con masse diverse. Quando la supersimmetria viene rotta, sembra che possa verificarsi tutta una serie di interazioni, alcune delle quali cambierebbero i sapori di queste particelle. Poiché queste interazioni non vengono osservate sperimentalmente, qualsiasi teoria sulla rottura della supersimmetria deve in qualche modo includere un meccanismo che prevenga le cosiddette violazioni del sapore.
È qui che entra in gioco il sequestro. Tornando al concetto di brane tridimensionali che fluttuano in una massa dimensionale superiore, è possibile sequestrare la rottura della supersimmetria in una brana separata da quella su cui risiedono le particelle e le forze del Modello Standard. Gli effetti di rottura della supersimmetria potrebbero essere comunicati alla brana del Modello Standard da particelle portatrici di forza che sono in grado di muoversi all’interno della massa, ma in caso contrario, le particelle del Modello Standard si comporteranno allo stesso modo della supersimmetria ininterrotta. Le particelle nella massa che potrebbero interagire sia con la brana che rompe la simmetria che con la brana del Modello Standard determinerebbero quali interazioni possono verificarsi e potrebbero escludere le interazioni che cambiano il sapore che non osserviamo. La teoria funziona bene se il gravitone, l’ipotetica particella portatrice di forza di gravità, svolge questo ruolo.
A differenza di molte altre idee relative alla teoria delle stringhe e alla teoria M, sembra possibile testare la supersimmetria sequestrata. Fa previsioni per le masse dei superpartner dei bosoni – particelle che trasportano forza – che rientrano nella gamma di energie ottenibili dal Large Hadron Collider (LHC). Se queste particelle vengono osservate dall’LHC, le loro masse possono essere abbinate a quanto previsto. A partire dal 2011, tuttavia, gli esperimenti all’LHC non sono riusciti a rilevare questi superpartner alle energie a cui avrebbero dovuto apparire, un risultato che sembra escludere la versione più semplice di SUSY, sebbene non alcune versioni più complesse. Anche se SUSY viene smentito, l’idea del sequestro può ancora avere utili applicazioni per quanto riguarda altri problemi e misteri della fisica.