Se os taquions sao particulas fisicas capazes de interagir com a materia padrao, sua natureza superluminal ($v > c$) deixaria assinaturas distintas e inequivocas nos detectores de particulas. Ao longo das ultimas seis decadas, fisicos experimentais utilizaram conjuntos de tempo de voo, camaras de bolhas e vastos observatorios subterraneos de neutrinos para buscar essas entidades esquivas.
1. Radiacao Cherenkov no vacuo
A restricao mais rigorosa sobre a existencia de taquions eletricamente carregados vem do fenomeno da radiacao Cherenkov. Em um meio dieletrico (como agua ou vidro), a luz viaja mais devagar que $c$. Quando uma particula carregada padrao passa por esse meio mais rapido que a velocidade de fase local da luz, emite um cone direcional de radiacao eletromagnetica, o equivalente otico de um estrondo sonico.
Como um taquion sempre viaja mais rapido que $c$, um taquion carregado emitiria radiacao Cherenkov mesmo no vacuo perfeito.
Essa emissao espontanea faria com que o taquion perdesse energia continuamente. Devido a relacao invertida energia-velocidade dos taquions ($E \to 0$ quando $v \to \infty$), perder energia faria com que o taquion acelerasse violentamente em direcao a velocidade infinita, irradiando sua energia remanescente quase instantaneamente. As observacoes astrofisicas do vacuo do espaco nao mostram tais explosoes espontaneas e continuas de radiacao Cherenkov no vacuo, estabelecendo limites inferiores incrivelmente rigorosos sobre a secao transversal de interacao entre taquions hipoteticos e o campo eletromagnetico.
2. Medicoes de tempo de voo (TOF)
O metodo mais direto para detectar um taquion e medir sua velocidade ao longo de uma distancia conhecida. Experimentos de tempo de voo (TOF) utilizam cintiladores ou detectores de rastreamento de silicio altamente sincronizados, espacados por metros ou quilometros.
Se uma particula e gerada no detector A em $t_1$ e chega ao detector B em $t_2$, a velocidade e simplesmente $\Delta x / \Delta t$. Se esse valor exceder $c$ apos contabilizar erros sistematicos e latencia dos cabos de sinal, seria um evento candidato a taquion.
A anomalia OPERA de 2011
O experimento OPERA no laboratorio do Gran Sasso representou a anomalia de TOF mais famosa da historia. Neutrinos muonicos viajaram 730 quilometros do CERN ate o Gran Sasso. Os calculos iniciais indicaram que chegaram 60 nanossegundos antes do que um foton teria levado no vacuo ($v \approx c + 2.5 \times 10^-5 c$). Isso causou uma crise de paradigma massiva ate que a anomalia foi rastreada a um cabo de fibra otica solto no sistema de sincronizacao de tempo GPS. Uma vez reparado, os neutrinos eram perfeitamente consistentes com $v \le c$.
3. Assinaturas de massa faltante e massa ao quadrado negativa
Em colisores de particulas como o Grande Colisor de Hadrons (LHC), os taquions poderiam teoricamente ser produzidos em colisoes de alta energia. Como os taquions tem massa de repouso imaginaria ($m₀ = i\mu$), sua massa ao quadrado e negativa ($m₀² = -\mu²$).
Os fisicos buscam essas assinaturas utilizando a cinematica de massa invariante dos produtos de decaimento. Medindo meticulosamente a energia e o momento de todas as particulas entrando e saindo de uma colisao, podem calcular a "massa faltante".
Se a $(m\_faltante)²$ calculada for consistente e significativamente menor que zero (alem do limiar de erros de resolucao do detector), indicaria a emissao de uma particula taquionica invisivel carregando quadrimomento tipo espaco. Analises exaustivas de dados de camaras de bolhas e cinematica de colisores modernos ainda nao produziram um pico de massa ao quadrado negativa estatisticamente significativo.
4. Chuveiros de raios cosmicos
Raios cosmicos de ultra-alta energia bombardeiam a atmosfera superior da Terra, desencadeando cascatas massivas de particulas secundarias conhecidas como chuveiros atmosfericos extensos (EAS). Se os taquions existem, poderiam ser produzidos na colisao primaria inicial na alta estratosfera.
Como os taquions viajam mais rapido que a luz, chegariam aos detectores no solo antes da frente principal do chuveiro (que consiste em fotons, eletrons e muons viajando a velocidades iguais ou logo abaixo de $c$). Nas decadas de 1970 e 1980, varios grupos experimentais instalaram detectores de coincidencia para buscar esses sinais "precursores" chegando microssegundos antes do chuveiro principal de raios cosmicos. Embora alguns impactos precursores anomalos tenham sido registrados, nenhum foi estatisticamente reproduzivel, e foram finalmente atribuidos a ruido aleatorio do detector ou raios cosmicos de fundo independentes.
Conclusao: o resultado nulo
Decadas de buscas empiricas rigorosas atraves de vastas escalas de energia produziram um profundo resultado nulo. A ausencia de radiacao Cherenkov no vacuo, a resolucao da anomalia OPERA e a falta de cinematica de massa ao quadrado negativa sugerem fortemente que taquions fisicos pontuais que interagem com a materia nao existem. No entanto, esses resultados experimentais negativos sao precisamente o que levou a fisica moderna a reinterpretar os taquions nao como particulas viajantes, mas como campos quanticos instaveis.