A reszecskefizika standard modelljeben es Albert Einstein specialis relativitaselmeleteben a feny sebessege vakuumban (c) abszolut kozmikus sebesseghatar. A relativitas matematikai keretrendszere azonban nem tiltja kifejezetten az olyan reszecskek letezeser, amelyek mindig a fenynel gyorsabban haladnak. Ezeket a hipotetikus entitasokat tachionoknak nevezik.
1. A tachionok torteneti eredete
A fenynel gyorsabb reszecskek koncepcionalis alapja a 20. szazad elejeig nyulik vissza. Mar 1917-ben Richard Tolman fizikus felismerte, hogy a fenynel gyorsabb utazas a specialis relativitas keretein belul oksagi megsertesekhez vezetne.
A tachion fogalmanak modern formalizalasa elsodlegesen Gerald Feinberg fizikusnak tulajdonithato, aki a kifejezest 1967-es, a Physical Review-ban megjelent tanulmanyaban alkotta meg. A nev a gorog tachys (gyors) szobol szarmazik. Sudarshan, Bilaniuk es Deshpande fizikusok fuggetlenul fejlesztettek ki a szuperluminalis reszecskek kinematikai keretet, minden anyagot harom kategoriaba sorolva: bradionok, luxonok es tachionok.
2. Az imaginarius tomeg kinematikaja
A relativisztikus energia-impulzus egyenlet:
Egy fenynel gyorsabban halado reszecske eseten a gyok alatti kifejezes (1 - v²/c²) negativva valik. Ahhoz, hogy a teljes energia valos szam maradjon, a nyugalmi tomegnek is imaginarius szamnak kell lennie. Igy a tachionokat matematikailag az jellemzi, hogy imaginarius nyugalmi tomeguk van.
A forditott energia-sebesseg kapcsolat
A tachionok egyik leginkabb ellenintuitiv tulajdonsaga az energiavaltozasokra adott valaszuk. A hagyomanyos anyag eseten az energia hozzaadasa noveli a sebesseget. A tachionok eseten a kapcsolat forditott: az energia elvesztese noveli a sebesseguket. Ahogy egy tachion energiaja kozeliti a nullat, a sebessege a vegtelenhez kozelit.
3. Tachionok a kvantumelmeleti terben es a hurelmeletben
A kvantumelmeleti terben a tachion nem feltetlen fenynel gyorsabb reszecskekent ertheto, hanem a rendszer instabilitasanak jelzesekent. Az imaginarius tomegu ter olyan konfiguraciot kepvisel, amely a potencialis energiajanak lokalis maximuman ul. Ezt az instabilitast a tachion kondenzacio oldja meg. A leghiresebb pelda a Higgs-mezo.
4. Kiserleti kutatasok es az OPERA anomalia
Soha nem talaltak megerositett kiserleti bizonyitekot a tachionokra. A leghiresebb modern eset a 2011-es OPERA neutrino anomalia volt, amikor a CERN-ben vegzett kiserlet kezdetben a fenynel gyorsabb neutrinokat jelzett. A kesobb feltart okok kozott egy meghibasodott optikai szalkabelt is talaltak.
Kovetkezetes
A tachionok elegans matematikai erdekesseg es letfontossagu elmeleti eszkoz maradnak. Bar a fenynel gyorsabb fizikai reszecskeket soha nem eszleltek, az imaginarius tomeg es a tachionikus terek matematikaja kozponti szerepet jatszik a modern kvantumelmeleti terben es a tomeg eredetnek megerteseben.