W modelu standardowym fizyki czastek i teorii wzglednosci Einsteina predkosc swiatla w prozni (c) sluzy jako absolutny kosmiczny limit predkosci. Jednak matematyczne ramy teorii wzglednosci nie zabraniaja jawnie istnienia czastek, ktore zawsze poruszaja sie szybciej od swiatla. Te hipotetyczne obiekty sa znane jako tachiony.
1. Pochodzenie historyczne
Wspolczesna formalizacja koncepcji tachionow przypisywana jest fizykowi Geraldowi Feinbergowi, ktory ukul ten termin w swoim przelomowym artykule z 1967 roku opublikowanym w Physical Review. Nazwa pochodzi od greckiego slowa tachys oznaczajacego "szybki". W tym samym czasie E.C.G. Sudarshan, O.M.P. Bilaniuk i V.K. Deshpande sklasyfikowali cala materie na trzy kategorie: bradiony (v < c), luksony (v = c) i tachiony (v > c).
2. Kinematyka urojonej masy
Relatywistyczne rownanie energii i pedu: E² = (pc)² + (m₀c²)². Gdy v > c, wyrazenie (1 - v²/c²) staje sie ujemne. Aby energia pozostala rzeczywista, masa spoczynkowa musi byc urojona: m₀ = iμ.
Odwrocona relacja energia-predkosc
Dla zwyklej materii dodanie energii zwieksza predkosc. Dla tachionow relacja jest odwrocona: utrata energii zwieksza predkosc. Gdy energia tachiona zbliha sie do zera, jego predkosc zbliha sie do nieskonczonosci. Predkosc swiatla stanowi nieprzekraczalny prog dla tachionow.
3. Kwantowa teoria pola i teoria strun
W kwantowej teorii pola tachion rozumiany jest nie jako czastka szybsza od swiatla, lecz jako oznaka niestabilnosci systemu. Niestabilnosc ta jest rozwiazywana przez kondensacje tachionowa. Najslynniejszym przykladem jest pole Higgsa. W bozonowej teorii strun stan podstawowy struna jest tachionem, problem rozwiazano przez supersymetrie.
4. Poszukiwania eksperymentalne
Przez dziesieciolecia fizycy poszukiwali tachionow za pomoca detektorow promieniowania kosmicznego i akceleratorow czastek. W 2011 roku eksperyment OPERA zgloshil, ze neutrina mionowe podrozhowaly szybciej od swiatla. Anomalia ta okazala sie bledem pomiarowym (luzny kabel swiatlowodowy).
Podsumowanie
Tachiony pozostaja elegancka matematyczna ciekawostka i waznym narzedziem teoretycznym. Choc nigdy nie zostaly zaobserwowane jako czastki fizyczne, matematyka urojonej masy i pol tachionowych jest centralna dla wspolczesnej kwantowej teorii pola i mechanizmu Higgsa.