Domande frequenti
Risposte alle domande comuni sui tachioni
Le basi
Cos'e esattamente un tachione?
Un tachione e una particella ipotetica che viaggia sempre piu veloce della luce. A differenza della materia ordinaria che non puo mai raggiungere la velocita della luce, i tachioni non possono mai rallentare fino alla velocita della luce: esistono permanentemente nel dominio superluminale. La parola deriva dal greco "tachys" che significa "veloce".
I tachioni esistono davvero?
Nessuna prova sperimentale dell'esistenza dei tachioni e mai stata trovata nonostante decenni di ricerca. Rimangono particelle puramente teoriche, matematicamente possibili nella relativita ristretta ma con significative difficolta quando combinate con altre teorie fisiche. La maggior parte dei fisici ritiene che probabilmente non esistano come particelle reali.
Chi ha scoperto i tachioni?
I tachioni non sono stati scoperti, ma proposti. Il fisico Gerald Feinberg conio il termine e sviluppo la teoria dei tachioni nel suo articolo del 1967 "Possibility of Faster-Than-Light Particles". E.C.G. Sudarshan sviluppo indipendentemente idee simili nello stesso periodo. Fisici precedenti, tra cui Richard Tolman, avevano considerato particelle superluminali gia nel 1917.
Quanto velocemente viaggiano i tachioni?
I tachioni viaggiano a velocita superiori alla velocita della luce (c), ma non esiste una singola velocita per i tachioni: tachioni diversi potrebbero viaggiare a velocita diverse, tutte superiori a c. Teoricamente, la velocita di un tachione aumenta quando perde energia. A velocita infinita, un tachione avrebbe energia zero, mentre alla velocita della luce (che non puo mai raggiungere) avrebbe energia infinita.
Fisica e proprieta
Perche i tachioni hanno massa immaginaria?
Nella relativita ristretta di Einstein, la relazione tra energia, impulso e massa richiede che le particelle superluminali abbiano massa a riposo immaginaria (un multiplo della radice quadrata di -1). Non significa che siano "immaginari" nel senso di non essere reali, ma piuttosto e una proprieta matematica necessaria per far funzionare le equazioni. La massa immaginaria permette ai tachioni di avere energia e impulso reali pur viaggiando piu veloci della luce.
Il viaggio superluminale viola la teoria della relativita di Einstein?
No, i tachioni non violano la relativita ristretta: sono in realta coerenti con la sua matematica. La teoria di Einstein afferma che niente puo essere accelerato dalla velocita subluminale a quella superluminale, non che niente possa esistere viaggiando piu veloce della luce. I tachioni sarebbero sempre stati piu veloci della luce dalla loro creazione. Tuttavia, sollevano serie questioni sulla causalita che sfidano la nostra comprensione del mondo fisico.
Qual e la differenza tra tachioni e fotoni?
I fotoni (particelle di luce) viaggiano esattamente alla velocita della luce e hanno massa nulla. I tachioni viaggerebbero piu veloci della luce e avrebbero massa immaginaria. I fotoni sono particelle reali che osserviamo costantemente. I tachioni sono ipotetici e non sono mai stati rilevati. Inoltre, mentre aggiungere energia a un fotone ne aumenta la frequenza, aggiungere energia a un tachione lo rallenterebbe.
I tachioni possono interagire con la materia normale?
Questo e ignoto. Se i tachioni esistono, potrebbero interagire attraverso forze gravitazionali o elettromagnetiche, oppure potrebbero avere interazioni uniche proprie. Tuttavia, una forte interazione con la materia normale li renderebbe piu facili da rilevare. Il fatto che non abbiamo rilevato i tachioni suggerisce che o non esistono o interagiscono molto debolmente con la materia ordinaria.
Viaggi nel tempo e causalita
I tachioni possono essere usati per viaggiare nel tempo?
In teoria, i tachioni sembrano viaggiare indietro nel tempo in certi sistemi di riferimento secondo la relativita ristretta. Tuttavia, cio non significa che potrebbero essere usati per viaggi nel tempo pratici. La maggior parte dei fisici crede che anche se i tachioni esistono, debba esserci qualche principio che impedisce il loro utilizzo per inviare informazioni nel passato, il che creerebbe paradossi. La "congettura di protezione cronologica" suggerisce che la natura impedisce i paradossi temporali.
Cosa sono gli antitelefoni tachionici?
Un antitelefono tachionico e un esperimento mentale che mostra come i tachioni potrebbero teoricamente essere usati per inviare messaggi nel passato. Scegliendo attentamente i sistemi di riferimento e inviando segnali tachionici avanti e indietro, potrebbe essere possibile creare una curva temporale chiusa che permetta la comunicazione con il passato. Questo e uno dei principali problemi teorici con i tachioni: nessuno ha trovato una risoluzione soddisfacente di questo paradosso.
Cos'e il "principio di reinterpretazione"?
Proposto da Gerald Feinberg, questo principio suggerisce che un tachione che viaggia indietro nel tempo in un sistema di riferimento puo essere reinterpretato come un anti-tachione che viaggia in avanti nel tempo in un altro sistema. Questo aiuta a mantenere una certa coerenza, ma non risolve completamente tutte le questioni di causalita.
I tachioni potrebbero causare paradossi temporali?
Potenzialmente si, il che e una delle ragioni per cui la maggior parte dei fisici e scettica sulla loro esistenza. Se i tachioni potessero trasportare informazioni e essere controllati, potrebbero permettere di creare situazioni in cui si riceve un messaggio prima che sia stato inviato, o addirittura impedire a se stessi di inviarlo. Le leggi della fisica come le comprendiamo dovrebbero prevenire tali paradossi, ma esattamente come rimane poco chiaro se i tachioni esistono.
Rilevamento e osservazione
Come cercano i tachioni gli scienziati?
I ricercatori cercano i tachioni in molteplici modi: misurando le velocita delle particelle negli acceleratori, analizzando la temporizzazione dei raggi cosmici, cercando particelle con massa al quadrato negativa, ricercando radiazione Cherenkov nel vuoto e osservando eventi astronomici per precursori superluminali. Nonostante ricerche approfondite durate decenni, nessun tachione e stato trovato.
Qualcuno ha mai rilevato un tachione?
Nessun rilevamento confermato di un tachione e mai stato effettuato. Ci sono state anomalie sperimentali che hanno brevemente suggerito particelle superluminali (come il risultato dei neutrini OPERA nel 2011), ma tutte sono state ricondotte a errori sperimentali o spiegazioni ordinarie. Gli esperimenti attuali pongono limiti molto stringenti sulle proprieta dei tachioni.
I neutrini sono tachioni?
No. Sebbene alcuni primi esperimenti sui neutrini suggerissero valori negativi del quadrato della massa, le moderne misurazioni di precisione hanno confermato che i neutrini hanno massa piccola ma positiva. L'esperimento KATRIN e altri hanno definitivamente escluso i neutrini tachionici. I neutrini viaggiano molto vicino alla velocita della luce, ma comunque piu lentamente.
Cosa succederebbe se rilevassimo un tachione?
Un rilevamento confermato di un tachione sarebbe rivoluzionario per la fisica. Ci obbligherebbe a riconsiderare la nostra comprensione della causalita, del tempo e della struttura dello spaziotempo. Porterebbe probabilmente a nuove teorie che collegano meccanica quantistica, relativita e potenzialmente gravita quantistica. Tuttavia, una tale scoperta e considerata estremamente improbabile dalla maggior parte dei fisici.
Teoria e applicazioni
Cosa sono i "campi tachionici" nella teoria quantistica dei campi?
Nella teoria quantistica dei campi, un campo tachionico e un campo con quadrato della massa negativo. Piuttosto che rappresentare reali particelle superluminali, questi campi indicano instabilita del vuoto. Il campo "rotola giu" verso un minimo stabile attraverso un processo chiamato condensazione dei tachioni. Questo meccanismo e importante per comprendere la rottura spontanea della simmetria e il meccanismo di Higgs.
Come si collegano i tachioni alla teoria delle stringhe?
Nella teoria delle stringhe, i tachioni compaiono come stati fondamentali in certe configurazioni, in particolare nella teoria delle stringhe bosoniche. Tuttavia, indicano stati instabili piuttosto che particelle fisiche superluminali. La condensazione dei tachioni nella teoria delle stringhe descrive come le D-brane instabili decadono a configurazioni stabili. La teoria delle superstringhe, che include i fermioni, e priva di tachioni nel suo stato fondamentale stabile.
I tachioni potrebbero spiegare l'energia oscura o la materia oscura?
Alcuni cosmologi hanno proposto campi tachionici come modelli per l'energia oscura, la misteriosa forza che accelera l'espansione cosmica. Questi modelli utilizzano le proprieta matematiche dei campi tachionici ma non coinvolgono reali particelle superluminali. Non ci sono prove che suggeriscano che i tachioni siano correlati alla materia oscura, che si comporta come particelle massive a lento movimento.
Perche studiare i tachioni se probabilmente non esistono?
I tachioni servono come importanti strumenti teorici per comprendere i limiti delle nostre teorie fisiche, esplorare la causalita e il tempo, testare la coerenza dei framework matematici e studiare fenomeni come la rottura della simmetria. Anche se i tachioni fisici non esistono, il concetto aiuta i fisici a sondare questioni profonde sulla natura dello spaziotempo e della meccanica quantistica.
Luoghi comuni
Possiamo usare i tachioni per comunicazione o viaggi superluminali?
No. Anche se i tachioni esistessero, non c'e modo conosciuto di produrli, controllarli o rilevarli a comando. Piu importante, il loro utilizzo per la comunicazione violerebbe probabilmente la causalita e creerebbe paradossi temporali. La maggior parte dei fisici crede che se i tachioni esistono, debbano esserci principi fondamentali che impediscono il loro utilizzo per la segnalazione.
L'entanglement quantistico e correlato ai tachioni?
No. Sebbene l'entanglement quantistico produca correlazioni piu veloci della luce, non puo trasmettere informazione piu veloce della luce, quindi non coinvolge tachioni. L'entanglement e un fenomeno puramente quantomeccanico pienamente coerente con la relativita ristretta e l'impossibilita della segnalazione superluminale.
I tachioni sono la stessa cosa del motore a curvatura?
No. I tachioni sono particelle ipotetiche che viaggiano attraverso lo spazio piu veloci della luce. I concetti di motore a curvatura (come il motore di Alcubierre) comportano la distorsione dello spaziotempo stesso per consentire un viaggio superluminale efficace senza violare la relativita. Entrambi sono speculativi, ma sono idee completamente diverse basate su fisica diversa.
I tachioni hanno energia infinita?
No. Questo e un luogo comune. Mentre i tachioni alla velocita della luce avrebbero energia infinita (il che spiega perche non possono rallentare fino alla velocita della luce), i tachioni che viaggiano piu veloci della luce hanno energia finita. In effetti, man mano che un tachione accelera, la sua energia diminuisce, avvicinandosi a zero alla velocita infinita.