Opublikowana właśnie w „Physical Review D” praca fizyków z Uniwersytetu Warszawskiego i University of Oxford wykazała jednak, że wiele z tych uprzedzeń było pozbawione podstaw. Tachiony nie tylko nie są wykluczone przez tę teorię, ale pozwalają lepiej zrozumieć jej strukturę przyczynową. Badania podsumowano w przesłanym PAP komunikacie Wydziału Fizyki UW.

Ruch z prędkością przekraczającą prędkość światła to jedno z bardziej pobudzających wyobraźnię, ale i kontrowersyjnych zagadnień w fizyce. Hipotetyczne cząstki, które mogłyby poruszać się z prędkością nadświetlną, zwane tachionami (z greckiego tachýs – szybki, prędki) są „enfant terrible” współczesnej fizyki.

Do niedawna były powszechnie uważane za twory niemieszczące się w szczególnej teorii względności. Znane były przynajmniej trzy powody nieistnienia tachionów w ramach teorii kwantowej.

• Pierwszy: stan podstawowy pola tachionowego miał być niestabilny, co oznaczałoby, że takie cząstki nadświetlne tworzyłyby się lawinowo same z siebie.

• Drugi: zmiana obserwatora inercjalnego miała prowadzić do zmiany liczby cząstek obserwowanych w jego układzie odniesienia, a przecież istnienie np. siedmiu cząstek nie może zależeć od tego, kto na nie patrzy.

• Trzeci powód: energia cząstek nadświetlnych mogłaby przyjmować wartości ujemne.

Tymczasem badacze z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego pod kierunkiem prof. Andrzeja Dragana oraz prof. Artura Ekerta z Uniwersytetu w Oksfordzie wskazali właśnie, że dotychczasowe trudności z tachionami miały wspólną przyczynę.

Okazało się, że „warunki brzegowe” określające przebieg procesów fizycznych obejmują nie tylko stan początkowy, lecz także stan końcowy układu. Aby więc obliczyć prawdopodobieństwo procesu kwantowego z udziałem tachionów, należy znać nie tylko jego przeszły stan początkowy, ale również przyszły stan końcowy. Po uwzględnieniu tego faktu w teorii wszystkie wymienione wcześniej trudności całkowicie zniknęły a teoria tachionów nabrała matematycznej spójności - czytamy w komunikacie FUW.

"Jest trochę jak w reklamach internetowych — jeden prosty trick pozwala rozwiązać twoje problemy - mówi cytowany w komunikacie prasowym prof. Andrzej Dragan, spiritus movens całego przedsięwzięcia badawczego. – Idea, że przyszłość może mieć wpływ na teraźniejszość zamiast teraźniejszości determinującej przyszłość nie jest w fizyce nowa. Jednak dotąd tego typu spojrzenie było co najwyżej nieortodoksyjną interpretacją niektórych zjawisk kwantowych, a tym razem do takiego wniosku zmusiła nas sama teoria. Żeby ‘zrobić miejsce’ dla tachionów musieliśmy rozszerzyć przestrzeń stanów".

Autorzy przewidują także, że rozszerzenie warunków brzegowych ma swoje konsekwencje: pojawia się w teorii nowy rodzaj splątania kwantowego mieszającego przeszłość z przyszłością, którego nie ma w konwencjonalnej teorii cząstek. W pracy pada też odpowiedź na pytanie, czy opisywane w ten sposób tachiony są wyłącznie „matematyczną możliwością”, czy też cząstki takie mają szanse zostać w kiedyś zaobserwowane.

Według autorów tachiony są nie tylko możliwym, ale są wręcz nieodzownym składnikiem procesu spontanicznego łamania symetrii odpowiedzialnego za powstawanie materii. Hipoteza ta oznaczałaby, że wzbudzenia pola Higgsa, zanim symetria została spontanicznie złamana, mogłyby się w próżni przemieszczać z nadświetlnymi prędkościami.

W badaniach wzięli udział: Jerzy Paczos, doktorant z Uniwersytetu w Sztokholmie, doktorant Kacper Dębski i student Szymon Cedrowski z Wydziału Fizyki UW oraz czterech bardziej doświadczonych badaczy: dr Szymon Charzyński, dr hab. Krzysztof Turzyński, prof. dr hab. Andrzej Dragan z Wydziału Fizyki UW oraz prof. Artur Ekert z Uniwersytetu w Oksfordzie.

Nauka w Polsce

lt/ agt/