מהר יותר מאשר פוטון מהיר: כיצד טכיונים מאתגרים את הפיזיקה המודרנית

ההתקדמות האחרונה בתורת הטכיונים התייחסה לחוסר עקביות בעבר על ידי שילוב מצבי עבר ועתיד בתנאי הגבול, מה שהוביל לתיאוריית הסתבכות קוונטית חדשה והציע תפקיד קריטי עבור הטכיונים בהיווצרות החומר.

טכיונים הם חלקיקים היפותטיים שנעים במהירויות הגבוהות ממהירות האור. החלקיקים העל-לומינליים הללו, הם "התינוק האיום" של הפיזיקה המודרנית. עד לאחרונה, הם נחשבו בדרך כלל כישויות שלא התאימו בתורת היחסות המיוחדת. עם זאת, מאמר שפורסם זה עתה על ידי פיזיקאים מאוניברסיטת ורשה וה אוניברסיטת אוקספורד הראה שרבות מהדעות הקדומות הללו היו מופרכות. טכיונים לא רק שאינם נשללים על ידי התיאוריה, אלא מאפשרים לנו להבין טוב יותר את המבנה הסיבתי שלה.

Superluminal Motion וטכיונים

תנועה במהירויות מעבר למהירות האור היא אחד הנושאים השנויים במחלוקת בפיזיקה. חלקיקים היפותטיים שיכולים לנוע במהירויות על-לומינליות, הנקראים טכיונים (מהיוונית tachýs – מהירים, מהירים), הם ה'enfant terrible' של הפיזיקה המודרנית. עד לאחרונה, הם נתפסו באופן נרחב כיצירות שאינן משתלבות בתורת היחסות המיוחדת.

אתגרים לתורת הטכיון במכניקת הקוונטים

לפחות שלוש סיבות לאי קיומם של טכיונים בתוך תורת הקוונטים היו ידועות עד כה. הראשון: מצב הקרקע של שדה הטכיון היה אמור להיות לא יציב, מה שאומר שחלקיקים על-לומינליים כאלה יווצרו 'מפולות שלגים'. השני: שינוי בצופה האינרציאלי היה אמור להוביל לשינוי במספר החלקיקים שנצפו במערכת הייחוס שלו, אולם קיומם של, נניח, שבעה חלקיקים אינו יכול להיות תלוי במי שמסתכל עליהם. הסיבה השלישית: האנרגיה של החלקיקים העל-לומינליים עלולה לקבל ערכים שליליים.

בינתיים, קבוצת סופרים: יז'י פאצ'וס, העוסק בדוקטורט באוניברסיטת שטוקהולם, קפר דבסקי, מסיים את הדוקטורט בפקולטה לפיזיקה, שמעון צדרובסקי, סטודנט שנה אחרונה לפיזיקה (לימודים באנגלית), ועוד ארבעה מנוסים. חוקרים: Szymon Charzyński, Krzysztof Turzyński, Andrzej Dragan (כולם מהפקולטה לפיזיקה, אוניברסיטת ורשה) וארטור אקרט מאוניברסיטת אוקספורד, זה עתה הצביעו על כך שלקשיים עם טכיונים עד כה הייתה סיבה משותפת.

התברר ש'תנאי הגבול' הקובעים את מהלך התהליכים הפיזיקליים כוללים לא רק את המצב ההתחלתי אלא גם את המצב הסופי של המערכת. התוצאות של צוות החוקרים הבינלאומי פורסמו זה עתה בכתב העת היוקרתי סקירה פיזית ד.

פריצת דרך בהבנת טכיונים

במילים פשוטות: על מנת לחשב את ההסתברות לתהליך קוונטי הכולל טכיונים, יש צורך לדעת לא רק את מצבו הראשוני בעבר אלא גם את מצבו הסופי העתידי. לאחר שעובדה זו שולבה בתיאוריה, כל הקשיים שהוזכרו קודם לכן נעלמו לחלוטין ותורת הטכיון הפכה לעקבית מבחינה מתמטית. "זה קצת כמו פרסום באינטרנט – טריק אחד פשוט יכול לפתור את הבעיות שלך", אומר אנדז'יי דראגן, מעורר ההשראה הראשי של כל מסע המחקר.

"הרעיון שהעתיד יכול להשפיע על ההווה במקום שההווה יקבע את העתיד אינו חדש בפיזיקה. עם זאת, עד כה, סוג זה של השקפה היה במקרה הטוב פרשנות לא שגרתית של תופעות קוונטיות מסוימות, והפעם נאלצנו להגיע למסקנה זו על ידי התיאוריה עצמה. כדי 'לפנות מקום' לטכיונים היינו צריכים להרחיב את מרחב המדינה", מסכם דראגן.

ההשלכות והעתיד של מחקר טכיון

המחברים גם צופים שלהרחבת תנאי הגבול יש השלכות: סוג חדש של הסתבכות קוונטית מופיע בתיאוריה, מערבב עבר ועתיד, שאינו נוכח בתורת החלקיקים המקובלת. המאמר גם מעלה את השאלה האם טכיונים המתוארים בדרך זו הם אך ורק 'אפשרות מתמטית' או שסביר להניח שחלקיקים כאלה יצפו ביום מן הימים.

לדברי המחברים, טכיונים הם לא רק אפשרות אלא הם, למעשה, מרכיב הכרחי בתהליך השבירה הספונטני האחראי להיווצרות החומר. השערה זו פירושה שעירורי שדה היגס, לפני שהסימטריה נשברה באופן ספונטני, יכולות לנוע במהירויות על-לומינליות בוואקום.