Tachiony to hipotetyczne cząstki, które poruszają się z prędkościami większymi niż prędkość światła. Do niedawna były powszechnie uważane za twory niemieszczące się w szczególnej teorii względności. Fizycy z Uniwersytetu Warszawskiego i Uniwersytetu w Oxfordzie wykazali, że niesłusznie.
Ruch z prędkością przekraczającą prędkość światła to jedno z najbardziej kontrowersyjnych zagadnień w fizyce. Hipotetyczne cząstki, które mogłyby poruszać się z prędkością nadświetlną, zwane tachionami (z greckiego tachýs – szybki, prędki) uważane są za „enfants terribles” współczesnej fizyki. Do niedawna uznawano je za twory niemieszczące się w szczególnej teorii względności. Znane były przynajmniej trzy powody pozbawienia tachionów miejsca w ramach teorii kwantowej.
Pierwszy powód: stan podstawowy pola tachionowego miał być niestabilny, co oznaczałoby, że takie cząstki nadświetlne tworzyłyby się lawinowo same z siebie. Drugi: zmiana obserwatora inercjalnego miała prowadzić do zmiany liczby cząstek obserwowanych w jego układzie odniesienia, a przecież istnienie np. siedmiu cząstek nie może zależeć od tego, kto na nie patrzy. Wreszcie trzeci: energia cząstek nadświetlnych mogłaby przyjmować wartości ujemne.
Tymczasem badacze z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, Uniwersytetu w Oksfordzie oraz doktorant Uniwersytetu w Sztokholmie wskazali właśnie, że dotychczasowe trudności z tachionami miały wspólną przyczynę. Okazało się, że „warunki brzegowe” określające przebieg procesów fizycznych obejmują nie tylko stan początkowy, lecz także stan końcowy układu. Mówiąc prościej – aby obliczyć prawdopodobieństwo procesu kwantowego z udziałem tachionów, należy znać nie tylko jego przeszły stan początkowy, lecz również przyszły stan końcowy. Po uwzględnieniu tego faktu w teorii wszystkie wymienione wcześniej trudności całkowicie zniknęły, a teoria tachionów
nabrała matematycznej spójności.
Jest trochę jak w reklamach internetowych — jeden prosty trick pozwala rozwiązać twoje problemy – śmieje się prof. Andrzej Dragan, inspirator całego przedsięwzięcia badawczego. – Idea, że przyszłość może mieć wpływ na teraźniejszość zamiast teraźniejszości determinującej przyszłość nie jest w fizyce nowa. Jednak tego typu spojrzenie było dotąd co najwyżej nieortodoksyjną interpretacją niektórych zjawisk kwantowych, a tym razem do takiego wniosku zmusiła nas sama teoria. Żeby „zrobić miejsce” dla tachionów, musieliśmy rozszerzyć przestrzeń stanów – konkluduje.
Naukowcy przewidują także, że rozszerzenie warunków brzegowych ma swoje konsekwencje: pojawia się w teorii nowy rodzaj splątania kwantowego mieszającego przeszłość z przyszłością, którego nie ma w konwencjonalnej
teorii cząstek. Czy zatem opisywane w ten sposób tachiony są wyłącznie „matematyczną możliwością”, czy też
cząstki takie mają szanse zostać w kiedyś zaobserwowane? Według autorów badania, tachiony są nie tylko możliwym, ale są wręcz nieodzownym składnikiem procesu spontanicznego łamania odpowiedzialnego za powstawanie materii. Hipoteza ta oznaczałaby, że wzbudzenia pola Higgsa, zanim symetria została spontanicznie złamana, mogłyby się w próżni przemieszczać z nadświetlnymi prędkościami.
Rezultaty prac międzynarodowego zespołu właśnie się ukazały w prestiżowym piśmie Physical Review D.
MK, źródło: FUW
Teraz recenzje i potwierdzenie