Tahionii sunt unele dintre cele mai interesante elemente ale teoriei speciale a relativității a lui Einstein. Această teorie din anul 1905 se bazează pe două postulate: nimic ce are masă nu se deplasează mai repede decât viteza luminii (c), iar legile fizice rămân aceleași în toate sistemele de referință neinerțiale. O consecință semnificativă a relativității speciale este faptul că spațiul și timpul sunt unite într-o entitate unică denumită spațiu-timp, ceea înseamnă că există o legătură între viteza unei particule și călătoria sa prin timp.
Termenul de „tahion” a apărut în literatura științifică în anul 1967, în lucrarea „Possibility of faster-than-light particles”, scrisă de fizicianul Gerald Feinberg, de la Universitatea Columbia. Acesta a postulat că particulele tahionice apar din câmpul cuantic cu „masă imaginară”.
Aceasta înseamnă că există două tipuri de particule în univers: bradionii, care călătoresc mai lent decât lumina și compun toată materia ce o vedem în jurul nostru, și tahionii, care călătoresc mai rapid decât lumina. O diferență-cheie între aceste tipuri de particule este faptul că bradionii accelerează atunci când primesc energie, în timp ce tahionii accelerează pe măsură ce pierd energie.
Tahionii și călătoria în timp
Unul dintre cele mai importante rezultate ale teoriei speciale a relativității este stabilirea unei limite a vitezei universale – viteza luminii în vid (c). Einstein a sugerat că pe măsură ce un obiect se apropie de viteza luminii, masa sa se apropie de infinit, la fel ca energia necesară pentru accelerarea sa mai departe. Aceasta ar însemna că nimic nu poate călători mai rapid decât lumina. Dar, imaginându-ne o particulă anti-masă, precum un tahion, starea sa cu energia cea mai scăzută ar accelera-o la viteza luminii.
Un mijloc obișnuit pentru explicarea relativității speciale este diagrama spațiu-timpului. Spațiu-timpul este plin de evenimente, de la exploziile cosmice denumite supernove, până la căderea unei pietre în curtea din spatele casei. Toate acestea sunt cartografiate în diagrama spațiu-timpului, iar această diagramă arată că o particulă care călătorește prin spațiu-timp lasă o urmă care îi marchează traiectoria. Tot în cadrul spațiu-timpului se află și observatorii, fiecare cu propriul său sistem de referință. Acești observatori pot vedea evenimentele desfășurându-se în ordini diferite. Observatorul 1 poate vedea evenimentul A (supernova) înainte de evenimentul B (căderea pietrei). Însă observatorul 2 poate vedea evenimentul B desfășurându-se înaintea evenimentului A.
Fiecare eveniment are asociat un con de lumină. Dacă evenimentul B se încadrează în conul de lumină al evenimentului A, atunci cele două ar putea fi legate cauzal. Supernova ar fi putut doborî piatra din grădină - sau poate că piatra a provocat, într-un fel, prăbușirea gravitațională completă a unei stele aflate pe moarte. Aceasta deoarece în conul de lumină un semnal care călătorește mai lent decât lumina poate lega evenimentele între ele. Marginile conului de lumină reprezintă viteza luminii. Conectarea unui eveniment din afara conului de lumină cu unul din interiorul acestuia necesită un semnal care călătorește mai repede decât lumina.
Dacă evenimentul A se află în conul de lumină și evenimentul B este în afara acestuia, atunci supernova și căderea pietrei nu pot fi legate cauzal. Însă un tahion care călătorește cu o viteză mai mare decât viteza luminii ar putea încălca cauzalitatea prin legarea celor două evenimente.
Pentru a vedea de ce aceasta reprezintă o problemă, să ne imaginăm că evenimentul A trimite un semnal, iar evenimentul B recepționează acel semnal. Dacă semnalul călătorește cu viteza luminii sau mai încet, toți observatorii din diferite sisteme de referință sunt de acord de evenimentul A a precedat evenimentul B. Însă dacă semnalul este transportat de un tahion și călătorește mai rapid decât lumina, va exista un sistem de referință care va spune că semnalul a fost recepționat înainte de a fi transmis. Așadar, pentru un observator din acest sistem de referință, tahionul a călătorit înapoi în timp.
Unul dintre postulatele fundamentale ale relativității speciale este acela că legile fizicii trebuie să fie aceleași în toate sistemele de referință neinerțiale. Aceasta înseamnă că dacă tahionii pot viola cauzalitatea și pot călători înapoi în timp într-un sistem de referință, pot face acest lucru în toate sistemele de referință.
Cum am putea detecta tahionii?
În afară de faptul că este posibil ca tahionii să fie extraordinar de mici, deoarece călătoresc mai rapid decât lumina, ei nu ar putea fi detectați cu ajutorul luminii (tahionii călătoresc mai rapid decât fotonii). De aceea, este necesară o altă metodă de detecție, eventual pe baza efectului lor gravitațional. Este posibil ca detectorii extrem de sensibili să detecteze acest efect.
O metodă alternativă ar putea reieși din caracterul tahionilor – acela de a călători mai rapid decât lumina. În timp ce viteza luminii în vid (c) este o limită universal valabilă, particulele au putut fi determinate să călătorească mai repede decât lumina în alte medii. Atunci când particulele încărcate electric sunt accelerate dincolo de viteza luminii în anumite medii, precum apa, ele eliberează o formă de radiație denumită radiație Cherenkov. Aceasta înseamnă că dacă tahionii sunt încărcați electric, o modalitate de a-i detecta este măsurarea radiației Cherenkov în vid.
Sursa: Space.com