U standardnom modelu fizike cestica i Einsteinovoj teoriji specijalne relativnosti, brzina svjetlosti u vakuumu (c) sluzi kao apsolutno kozmicko ogranicenje brzine. Medutim, matematicki okvir relativnosti ne zabranjuje eksplicitno postojanje cestica koje uvijek putuju brze od svjetlosti. Te hipotetske cestice poznate su kao tahioni.
1. Povijesno podrijetlo tahiona
Koncept cestica koje putuju brze od svjetlosti seze do pocetka 20. stoljeca. Fizicari E.C.G. Sudarshan i O.M.P. Bilaniuk razvili su 1962. godine strogu kinematicku osnovu za nadsvjetlosne cestice. Termin "tahion" skovao je fizicari Gerald Feinberg u svom znamenitom radu iz 1967. u casopisu Physical Review, iz grcke rijeci tachys sto znaci "brz".
Feinberg je razvrstao svu materiju u tri kategorije na temelju odnosa prema brzini svjetlosti:
- Bradioni: Cestice sa stvarnom masom mirovanja koje uvijek putuju sporije od c (npr. protoni, elektroni).
- Luksoni: Cestice bez mase koje putuju tocno brzinom c (npr. fotoni).
- Tahioni: Hipotetske cestice s imaginarnom masom mirovanja koje uvijek putuju brze od c.
2. Kinematika imaginarne mase
Za razumijevanje tahiona moramo ispitati relativisticku jednadbu energije-impulsa:
Ako je brzina (v) veca od c, izraz pod korijenom (1 - v²/c²) postaje negativan. Da bi energija ostala realan broj, masa mirovanja (m₀) mora biti imaginaran broj. Tahioni su zato matematicki definirani imaginarnom masom mirovanja.
Obrnuti odnos energije i brzine
Za tahione je odnos obrnut: gubitak energije povecava brzinu. Kada energija tahiona padne na nulu, njegova brzina priblizava se beskonacnosti. Brzina svjetlosti djeluje kao nepremostivi pod za tahione, bas kao sto djeluje kao nepremostivi strop za obicnu materiju.
3. Tahioni u kvantnoj teoriji polja i teoriji struna
U kvantnoj teoriji polja, tahion se ne razumije nuzno kao cestica koja putuje brze od svjetlosti, vec kao pokazatelj nestabilnosti sustava. Polje s imaginarnom masom predstavlja konfiguraciju na lokalnom maksimumu potencijalne energije.
Ta se nestabilnost razrjesava procesom poznatim kao tahionska kondenzacija. Najpoznatiji primjer tog mehanizma je Higgsovo polje, koje je bilo tahionsko prije spontanog loma simetrije u ranom svemiru.
4. Eksperimentalna trazenja i OPERA anomalija
Eksperimentalni fizicari desetljecima su provodili stroga trazenja tahionskih cestica. Najpoznatiji slucaj bio je 2011. godine kada je OPERA kolaboracija prijavila da su mionski neutrini stigli 60 nanosekundi ranije od svjetlosti. Medutim, kasnija istrazivanja otkrila su da je anomalija bila rezultat pogresaka u mjerenju - konkretno, labav opticko-vlaknasti kabel.
Zakljucak
Tahioni ostaju elegantna matematicka zanimljivost i vitalan teorijski alat. Dok fizicke cestice koje jure svemirom brze od svjetlosti nikada nisu otkrivene, temeljna matematika imaginarne mase i tahionskih polja apsolutno je sredisnja za nase moderno razumijevanje kvantne teorije polja i podrijetla mase u svemiru.