U standardnom modelu fizike cestica i u Einsteinovoj teoriji specijalne relativnosti, brzina svjetlosti u vakuumu (c) sluzi kao apsolutno kosmicko ogranicenje brzine. Ipak, matematicki okvir relativnosti eksplicitno ne zabranjuje postojanje cestica koje uvijek putuju brze od svjetlosti. Ovi hipoteti entiteti poznati su kao tahioni.
1. Historijsko porijeklo tahiona
Konceptualna osnova za cestice brze od svjetlosti datira s pocetka XX vijeka. 1917. godine, fizicar Richard Tolman je prepoznao da bi putovanje brze od svjetlosti unutar okvira specijalne relativnosti vodilo krsenjima kauzalnosti.
Moderna formalizacija koncepta tahiona pripisuje se fizicaru Geraldu Feinbergu, koji je skovao termin u svom znacajnom clanku iz 1967. objavljenom u Physical Review. Ime je izvedeno iz grcke rijeci tachys, sto znaci "brz".
2. Kinematika imaginarne mase
Da bismo razumjeli tahione, moramo ispitati relativisticku jednacinu energije-impulsa:
Ako je brzina (v) veca od c, izraz pod drugim korijenom (1 - v²/c²) postaje negativan. Da bi ukupna energija (E) ostala realan broj, masa mirovanja (m₀) mora biti imaginaran broj.
Obrnuti odnos energije i brzine
Jedno od najkontraintuitivnijih svojstava tahiona je kako reaguju na promjene energije. Gubitak energije povecava njihovu brzinu. Kada se energija tahiona priblizava nuli, njegova brzina se priblizava beskonacnosti. Brzina svjetlosti djeluje kao neprobojni pod za tahione.
3. Tahioni u kvantnoj teoriji polja i teoriji struna
U kvantnoj teoriji polja (QFT), tahion se ne razumije nuzno kao cestica koja putuje brze od svjetlosti, vec kao indikacija nestabilnosti u sistemu. Nestabilnost se rjesava kroz tahionsku kondenzaciju. Najpoznatiji primjer je Higgsovo polje.
4. Eksperimentalna istrazivanja i OPERA anomalija
2011. godine, OPERA kolaboracija je izvijestila da su muonski neutrini stigli 60 nanosekundi prije nego sto bi svjetlost prevalila istu udaljenost. Naknadne istrage su otkrile da je anomalija rezultat eksperimentalnih gresaka: labavog optickog kabla i prebrzo tiktakajuceg oscilatora sata.
Zakljucak
Tahioni ostaju elegantna matematicka kurioznost i vitalan teoretski alat. Dok fizicke cestice koje jure svemirom brze od svjetlosti nikada nisu otkrivene, matematika imaginarne mase i tahionskih polja je apsolutno centralna za nase moderno razumijevanje kvantne teorije polja i porijekla mase u svemiru.