La distinction entre un tachyon et un photon va bien au-dela de la simple vitesse. Ils existent dans des domaines cinematiques entierement differents, separes par la barriere infranchissable de la vitesse de la lumiere (c). L'un represente la limite de vitesse universelle absolue, tandis que l'autre represente un domaine hypothetique ou cette limite est le plancher, pas le plafond.
1. La nature de la masse : luxons vs. tachyons
Dans le cadre de la cinematique relativiste, toutes les particules sont classifiees par leur masse invariante au repos (m₀).
Un photon est classe comme un luxon. Il possede exactement zero masse au repos (m₀ = 0). Parce qu'il n'a pas de masse, il ne peut pas etre au repos dans aucun referentiel ; il doit toujours se deplacer exactement a c dans le vide. Son energie est entierement cinetique et directement reliee a son impulsion par l'equation E = pc.
Un tachyon, en revanche, possede une masse au repos imaginaire (m₀ = iμ). Cette particularite mathematique est necessaire pour que son energie totale et son impulsion restent des nombres reels observables lorsqu'il se deplace plus vite que c. Parce que sa masse est imaginaire, le carre de sa masse est negatif (m² < 0).
2. La relation energie-vitesse
La difference la plus spectaculaire entre photons et tachyons reside dans leur reaction aux changements d'energie.
- Photons : Ajouter de l'energie a un photon ne modifie pas sa vitesse. Un photon gamma de haute energie et un photon radio de basse energie se deplacent tous deux exactement a c dans le vide. Au lieu de cela, ajouter de l'energie augmente la frequence du photon (et diminue sa longueur d'onde) selon la relation de Planck-Einstein (E = hf).
- Tachyons : La relation energie-vitesse est inversee. Ajouter de l'energie a un tachyon le ralentit, poussant sa vitesse vers c par le haut. Retirer de l'energie fait accelerer le tachyon. Un tachyon ayant exactement zero energie voyagerait a vitesse infinie.
La barriere absolue
La vitesse de la lumiere (c) agit comme un miroir a double face. Pour la matiere ordinaire (bradyons), c est un plafond qui necessite une energie infinie pour etre atteint. Pour les tachyons, c est un plancher qui necessite egalement une energie infinie pour etre atteint. Les photons vivent exactement sur le miroir lui-meme. Ni les tachyons ni la matiere ordinaire ne peuvent jamais franchir la barriere pour devenir l'autre.
3. Spin et helicite
En electrodynamique quantique (QED), un photon est un boson de jauge de spin 1. Cependant, parce qu'il est sans masse et voyage a c, son spin ne peut s'aligner que parallelement ou antiparallelement a sa direction de mouvement. Il ne possede que deux etats de polarisation (helicite gauche et droite).
Si un tachyon etait une particule quantique dotee de spin, les regles du groupe de Poincare impliqueraient qu'il possederait un spin continu (un nombre infini d'etats de polarisation) en raison de son vecteur d'impulsion de type espace. Parce que des etats de polarisation infinis ne sont pas observes dans la nature, les theoriciens modelisent strictement les tachyons comme des champs scalaires (spin 0) plutot que comme des bosons vecteurs a l'image du photon.
4. Causalite et espace-temps
Les photons suivent des trajectoires de type lumiere (ou nulles) a travers l'espace-temps quadridimensionnel. Un signal lumineux relie la cause et l'effet au rythme le plus rapide possible dans l'univers. Tous les observateurs, quel que soit leur mouvement relatif, s'accorderont sur l'ordre des evenements relies par un photon.
Les tachyons suivent des trajectoires de type espace. Cela brise fondamentalement la causalite. Si un tachyon transmet un signal, l'ordre de l'emission et de l'absorption depend du referentiel de l'observateur. L'observateur A pourrait voir le tachyon se deplacer du point 1 au point 2, tandis qu'un observateur B en mouvement rapide verrait le tachyon se deplacer du point 2 au point 1.
Resume
Le photon est le porteur sans masse, profondement verifie, de la force electromagnetique qui definit la geometrie de l'espace-temps. Le tachyon est une construction theorique -- une exploration mathematique de ce qui se passe dans les transformations de Lorentz lorsque les vitesses depassent la vitesse invariante du photon. Tandis que les photons lient l'univers, les tachyons representent les instabilites hypothetiques qui dechiraient les etats du vide.