Hiukkasfysiikan standardimallissa ja Albert Einsteinin erityisessa suhteellisuusteoriassa valon nopeus tyhjossa (c) toimii absoluuttisena kosmisena nopeusrajana. Suhteellisuusteorian matemaattinen viitekehys ei kuitenkaan nimenomaisesti kiella sellaisten hiukkasten olemassaoloa, jotka liikkuvat aina valoa nopeammin. Naita hypoteettisia olioita kutsutaan takyoneiksi.
1. Takyonien historiallinen alkupera
Ylivalonopeiden hiukkasten kaatteellinen perusta juontaa 1900-luvun alkuun. Jo vuonna 1917 fyysikko Richard Tolman tunnisti, etta ylivalonopea matka erityisen suhteellisuusteorian puitteissa johtaisi kausaliteettirikkomuksiin.
Takyonikasitteen moderni formalisointi johtuu ensisijaisesti fyysikko Gerald Feinbergista, joka loi termin vuoden 1967 merkittavassa Physical Review -julkaisussaan. Nimi tulee kreikan sanasta tachys (nopea). Fyysikot Sudarshan, Bilaniuk ja Deshpande kehittivat itsenaisesti kinemaattisen viitekehyksen superluminaalisille hiukkasille ja luokittelivat kaiken aineen kolmeen luokkaan: bradyonit, luksonit ja takyonit.
2. Imaginaarisen massan kinematiikka
Valoa nopeammin liikkuvalle hiukkaselle neliojuuren alla oleva termi (1 - v²/c²) muuttuu negatiiviseksi. Jotta kokonaisenergia pysyisi reaalisena lukuna, lepomassan on oltava imaginaarinen luku. Takyonit maaritellaan siis matemaattisesti imaginaarisella lepomassalla.
Kaanteinen energia-nopeussuhde
Yksi takyonien vastaintuitiivisimmista ominaisuuksista on niiden reagointi energiamuutoksiin. Tavalliselle aineelle energian lisaaminen kasvattaa nopeutta. Takyoneille suhde on kaanteinen: energian menetys kasvattaa niiden nopeutta. Kun takyonin energia lahestyy nollaa, sen nopeus lahestyy aaretontta.
3. Takyonit kenttateoriassa ja saieteoriassa
Kvanttikenttateorian takyoni ymmärretaan systeemin epavakautena. Tunnetuin esimerkki on Higgs-kentta, joka kay lapi takyonikondensaation antaen massan perustavanlaatuisille hiukkasille.
4. Kokeelliset etsinnot ja OPERA-anomalia
Vahvistettuja kokeellisia todisteita takyoneista ei ole koskaan loydetty. Kuuluisin moderni tapaus oli vuoden 2011 OPERA-neutriinoanomalia, jossa CERN:n koe raportoi aluksi valoa nopeammista neutriineista. Myohemmin syyn todettiin olleen kokeellisia virheita, mukaan lukien loysaantunut optinen kuitu.
Johtopatos
Takyonit ovat edelleen elegantti matemaattinen kuriositeetti ja tarkeaä teoreettinen tyokalu. Vaikka fyysisia valoa nopeampia hiukkasia ei ole koskaan havaittu, imaginaarisen massan ja takyonisten kenttien matematiikka on keskeista modernille kvanttikenttateorian ja massan alkuperan ymmartamiselle.