In modelul standard al fizicii particulelor si teoria relativitatii speciale a lui Albert Einstein, viteza luminii in vid (c) serveste ca limita cosmica absoluta de viteza. Cu toate acestea, cadrul matematic al relativitatii nu interzice explicit existenta particulelor care calatoresc intotdeauna mai repede decat lumina. Aceste entitati ipotetice sunt cunoscute sub numele de tahioni.
1. Originea istorica a tahionilor
Fundamentul conceptual pentru particulele superluminice dateaza din inceputul secolului XX. Inca din 1917, fizicianul Richard Tolman a recunoscut ca deplasarea superluminica in cadrul relativitatii speciale ar duce la incalcari ale cauzalitatii.
Cu toate acestea, formalizarea moderna a conceptului de tahion este atribuita in principal fizicianului Gerald Feinberg, care a inventat termenul in lucrarea sa seminala din 1967, publicata in Physical Review, intitulata "Possibility of Faster-Than-Light Particles". Numele provine din cuvantul grecesc tachys (rapid). In paralel, fizicienii E.C.G. Sudarshan, O.M.P. Bilaniuk si V.K. Deshpande au dezvoltat independent un cadru cinematic pentru particulele superluminice, clasificand toata materia in trei categorii distincte: bradioni (mai lente decat lumina), luxoni (la viteza luminii) si tahioni (mai rapide decat lumina).
2. Cinematica masei imaginare
Ecuatia relativista energie-impuls este:
Pentru o particula care calatoreste mai repede decat lumina, termenul de sub radical (1 - v²/c²) devine negativ. Pentru ca energia totala sa ramana un numar real, masa de repaus trebuie sa fie un numar imaginar. Astfel, tahionii sunt definiti matematic prin posedarea unei mase de repaus imaginare.
Relatia inversata energie-viteza
Una dintre cele mai contraintuitive proprietati ale tahionilor este modul in care raspund la schimbarile de energie. Pentru materia obisnuita, adaugarea de energie creste viteza. Pentru tahioni, relatia este inversata: pierderea de energie creste viteza lor. Pe masura ce energia unui tahion se apropie de zero, viteza sa se apropie de infinit.
3. Tahionii in teoria cuantica a campurilor si teoria corzilor
In teoria cuantica a campurilor, un tahion este inteles nu neaparat ca o particula care calatoreste mai repede decat lumina, ci ca o indicatie a unei instabilitati in sistem. Un camp cu masa imaginara reprezinta o configuratie asezata la maximul local al energiei potentiale. Aceasta instabilitate este rezolvata prin condensarea tahionica. Cel mai faimos exemplu este campul Higgs.
4. Cautari experimentale si anomalia OPERA
Nicio dovada experimentala confirmata a tahionilor nu a fost gasita niciodata. Cel mai celebru caz modern a fost anomalia neutrinilor OPERA din 2011, cand colaborarea OPERA de la Laboratorul National Gran Sasso din Italia a raportat ca neutrini muonici au ajuns cu 60 nanosecunde mai devreme decat lumina. Ulterior, investigatiile au aratat ca anomalia a fost cauzata de erori experimentale - in special un cablu de fibra optica slabit.
Concluzie
Tahionii raman o curiozitate matematica eleganta si un instrument teoretic vital. Desi particulele fizice care strabat spatiul mai repede decat lumina nu au fost detectate niciodata, matematica subiacenta a masei imaginare si a campurilor tahionice este absolut centrala pentru intelegerea noastra moderna a teoriei cuantice a campurilor si a originii masei in univers.