In het standaardmodel van de deeltjesfysica en Einsteins speciale relativiteitstheorie dient de lichtsnelheid in vacuum (c) als een absolute kosmische snelheidslimiet. Echter, het wiskundige kader van de relativiteitstheorie verbiedt niet expliciet het bestaan van deeltjes die altijd sneller dan licht reizen. Deze hypothetische entiteiten staan bekend als tachyonen.
1. Historische oorsprong
De moderne formalisering van het tachyonconcept wordt toegeschreven aan fysicus Gerald Feinberg, die de term bedacht in zijn baanbrekende artikel uit 1967 in Physical Review. De naam is afgeleid van het Griekse woord tachys dat "snel" betekent. Rond dezelfde tijd classificeerden E.C.G. Sudarshan, O.M.P. Bilaniuk en V.K. Deshpande alle materie in drie categorieen: bradyonen (v < c), luxonen (v = c) en tachyonen (v > c).
2. De kinematica van imaginaire massa
De relativistische energie-impuls-vergelijking: E² = (pc)² + (m₀c²)². Wanneer v > c wordt de uitdrukking (1 - v²/c²) negatief. Om de energie reeel te houden moet de rustmassa imaginair zijn: m₀ = iμ.
De omgekeerde energie-snelheid-relatie
Voor gewone materie verhoogt het toevoegen van energie de snelheid. Voor tachyonen is de relatie omgekeerd: energieverlies verhoogt de snelheid. Wanneer de energie van een tachyon nul nadert, nadert de snelheid oneindigheid. De lichtsnelheid fungeert als een onpasseerbare vloer voor tachyonen.
3. Kwantumveldentheorie en snaartheorie
In de kwantumveldentheorie wordt een tachyon begrepen als een teken van instabiliteit in het systeem, opgelost door tachyoncondensatie. Het beroemdste voorbeeld is het Higgsveld. In de bosonische snaartheorie is de grondtoestand van de snaar een tachyon, opgelost door supersymmetrie.
4. Experimentele zoektochten
Tientallen jaren lang hebben fysici naar tachyonen gezocht met kosmische-stralendetectors en deeltjesversnellers. In 2011 rapporteerde het OPERA-experiment dat muonneutrino's sneller dan licht reisden. Deze anomalie bleek te wijten aan meetfouten (een losse glasvezelkabel).
Conclusie
Tachyonen blijven een elegant wiskundig curiosum en een belangrijk theoretisch hulpmiddel. Hoewel ze nooit als fysieke deeltjes zijn waargenomen, staat de wiskunde van imaginaire massa en tachyonvelden centraal in de moderne kwantumveldentheorie en het Higgsmechanisme.