टैकियॉन पता लगाने के तरीके और प्रयोग

यदि टैकियॉन भौतिक कण हैं जो मानक पदार्थ के साथ अंतःक्रिया करने में सक्षम हैं, तो उनकी सुपरल्यूमिनल ($v > c$) प्रकृति कण डिटेक्टरों में विशिष्ट, अस्पष्ट संकेत छोड़ेगी। पिछले छह दशकों में, प्रायोगिक भौतिकविदों ने इन मायावी इकाइयों की खोज के लिए उड़ान-समय सारणियों, बुलबुला कक्षों, और विशाल भूमिगत न्यूट्रिनो वेधशालाओं का उपयोग किया है।

1. निर्वात चेरेंकोव विकिरण

विद्युत रूप से आवेशित टैकियॉन के अस्तित्व पर सबसे कठोर प्रतिबंध चेरेंकोव विकिरण की घटना से आता है। एक परावैद्युत माध्यम (जैसे पानी या कांच) में, प्रकाश $c$ से धीमी यात्रा करता है। जब एक मानक आवेशित कण इस माध्यम से प्रकाश के स्थानीय कला वेग से तेज़ गुजरता है, तो यह विद्युतचुंबकीय विकिरण का एक दिशात्मक शंकु उत्सर्जित करता है - ध्वनि बूम का प्रकाशीय समकक्ष।

चूंकि टैकियॉन हमेशा $c$ से तेज़ यात्रा करता है, एक आवेशित टैकियॉन पूर्ण निर्वात में भी चेरेंकोव विकिरण उत्सर्जित करेगा।

dE/dx = -(z²e² / 4πϵ₀c²) ∫ (1 - c²/v²) ω dω

यह स्वतःस्फूर्त उत्सर्जन टैकियॉन को लगातार ऊर्जा खोने का कारण बनेगा। टैकियॉन के उलटे ऊर्जा-वेग संबंध ($E \to 0$ जब $v \to \infty$) के कारण, ऊर्जा खोने से टैकियॉन हिंसक रूप से अनंत गति की ओर तेज़ होगा, अपनी शेष ऊर्जा को लगभग तुरंत विकिरित कर देगा। अंतरिक्ष के निर्वात के खगोलभौतिकीय अवलोकन ऐसे स्वतःस्फूर्त, निरंतर निर्वात चेरेंकोव विकिरण विस्फोट नहीं दिखाते, जो परिकल्पित टैकियॉन और विद्युतचुंबकीय क्षेत्र के बीच अंतःक्रिया अनुप्रस्थ काट पर अविश्वसनीय रूप से कड़ी निचली सीमाएं लगाता है।

2. उड़ान-समय (TOF) माप

टैकियॉन का पता लगाने का सबसे सीधा तरीका ज्ञात दूरी पर इसके वेग का माप है। उड़ान-समय (TOF) प्रयोग मीटरों या किलोमीटरों की दूरी पर अत्यधिक सिंक्रनाइज़्ड सिंटिलेटर या सिलिकॉन ट्रैकिंग डिटेक्टरों का उपयोग करते हैं।

यदि एक कण डिटेक्टर A पर $t_1$ पर उत्पन्न होता है और डिटेक्टर B पर $t_2$ पर पहुंचता है, तो वेग बस $\Delta x / \Delta t$ है। यदि यह मान व्यवस्थित त्रुटियों और सिग्नल केबल विलंबता के लिए हिसाब करने के बाद $c$ से अधिक है, तो यह एक उम्मीदवार टैकियॉन घटना होगी।

2011 OPERA विसंगति

Gran Sasso प्रयोगशाला में OPERA प्रयोग इतिहास की सबसे प्रसिद्ध TOF विसंगति थी। म्यूऑन न्यूट्रिनो CERN से Gran Sasso तक 730 किलोमीटर यात्रा करते थे। प्रारंभिक गणनाओं ने संकेत दिया कि वे निर्वात में एक फ़ोटॉन की तुलना में 60 नैनोसेकंड पहले पहुंचे ($v \approx c + 2.5 \times 10^-5 c$)। इसने एक विशाल प्रतिमान संकट पैदा किया जब तक कि विसंगति GPS समय सिंक्रनाइज़ेशन प्रणाली में एक ढीले फाइबर-ऑप्टिक केबल के कारण पाई गई। ठीक करने के बाद, न्यूट्रिनो $v \le c$ के साथ पूरी तरह संगत थे।

3. लुप्त द्रव्यमान और ऋणात्मक द्रव्यमान-वर्ग संकेत

Large Hadron Collider (LHC) जैसे कण कोलाइडरों में, टैकियॉन सैद्धांतिक रूप से उच्च-ऊर्जा टकरावों में उत्पन्न हो सकते हैं। चूंकि टैकियॉन में काल्पनिक विराम द्रव्यमान ($m₀ = i\mu$) है, उनका वर्गित द्रव्यमान ऋणात्मक ($m₀² = -\mu²$) है।

भौतिकविद क्षय उत्पादों की अपरिवर्ती द्रव्यमान कायनेमेटिक्स का उपयोग करके इन संकेतों की खोज करते हैं। टकराव में प्रवेश करने और बाहर निकलने वाले सभी कणों की ऊर्जा और संवेग को सावधानीपूर्वक मापकर, वे "लुप्त द्रव्यमान" की गणना कर सकते हैं।

(m_missing)² = (E_in - E_out)² - (p_in - p_out)²

यदि गणना किया गया $(m\_missing)²$ लगातार और महत्वपूर्ण रूप से शून्य से कम है (डिटेक्टर विभेदन त्रुटियों की सीमा से परे), तो यह स्पेसलाइक चार-संवेग ले जाने वाले एक अदृश्य टैकियोनिक कण के उत्सर्जन का संकेत देगा। बुलबुला कक्ष डेटा और आधुनिक कोलाइडर कायनेमेटिक्स के व्यापक विश्लेषणों ने अभी तक सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण ऋणात्मक द्रव्यमान-वर्ग शिखर नहीं दिया है।

4. ब्रह्मांडीय किरण वायु वर्षा

अति-उच्च-ऊर्जा ब्रह्मांडीय किरणें पृथ्वी के ऊपरी वायुमंडल पर बमबारी करती हैं, जो व्यापक वायु वर्षा (EAS) के रूप में ज्ञात द्वितीयक कणों के विशाल झरने को ट्रिगर करती हैं। यदि टैकियॉन मौजूद हैं, तो वे समतापमंडल में उच्च प्राथमिक टकराव में उत्पन्न हो सकते हैं।

चूंकि टैकियॉन प्रकाश से तेज़ यात्रा करते हैं, वे प्राथमिक वर्षा मोर्चे (जिसमें $c$ पर या ठीक नीचे यात्रा करने वाले फ़ोटॉन, इलेक्ट्रॉन, और म्यूऑन शामिल हैं) से पहले भूमि डिटेक्टरों तक पहुंचेंगे। 1970 और 1980 के दशक में, कई प्रायोगिक समूहों ने मुख्य ब्रह्मांडीय किरण वर्षा से माइक्रोसेकंड पहले पहुंचने वाले इन "अग्रदूत" संकेतों की तलाश में संयोग डिटेक्टर स्थापित किए। हालांकि कुछ विसंगतिपूर्ण अग्रदूत हिट दर्ज किए गए, कोई भी सांख्यिकीय रूप से दोहराने योग्य नहीं थे, और उन्हें अंततः यादृच्छिक डिटेक्टर शोर या स्वतंत्र पृष्ठभूमि ब्रह्मांडीय किरणों के कारण माना गया।

निष्कर्ष: शून्य परिणाम

विशाल ऊर्जा स्केल पर दशकों की कठोर अनुभवजन्य खोज ने एक गहन शून्य परिणाम दिया है। निर्वात चेरेंकोव विकिरण की अनुपस्थिति, OPERA विसंगति का समाधान, और ऋणात्मक द्रव्यमान-वर्ग कायनेमेटिक्स की अनुपस्थिति दृढ़ता से सुझाव देती है कि भौतिक, पदार्थ-अंतःक्रिया करने वाले बिंदु टैकियॉन मौजूद नहीं हैं। हालांकि, ये नकारात्मक प्रायोगिक परिणाम ठीक वही हैं जिन्होंने आधुनिक भौतिकी को टैकियॉन की पुनर्व्याख्या यात्रा करने वाले कणों के रूप में नहीं, बल्कि अस्थिर क्वांटम क्षेत्रों के रूप में करने के लिए प्रेरित किया।