Znajdź zawartość

Tachiony to hipotetyczne cząstki, poruszające się szybciej niż światło. Jeszcze do niedawna uważano, że ich istnienie nie mieści się w ramach szczególnej teorii względności. Jednak praca, opublikowana przez fizyków z Uniwersytetu Warszawskiego i University of Oxford dowodzi, że nie jest to opinia prawdziwa. Tachiony nie tylko nie są wykluczone przez szczególną teorię względności, ale pozwalają ją lepiej zrozumieć, dowodzą profesorowie Artur Ekert, Andrzej Dragan, doktorzy Szymon Charzyński i Krzysztof Turzyński oraz Jerzy Paczos, Kacper Dębski i Szymon Cedrowski. Istniały trzy powody, dla których tachiony nie pasowały do teorii kwantowej. Po pierwsze, stan podstawowy pola tachionowego miał być niestabilny, a to oznaczało, że te poruszające się szybciej niż światło cząstki tworzyłyby się same z siebie. Po drugie, zmiana obserwatora miałaby prowadzić do zmiany liczby cząstek. Po trzecie, ich energia miałaby przyjmować wartości ujemne. Z pracy opublikowanej na łamach Physical Review D dowiadujemy się, że problemy z tachionami miały wspólną przyczyną. Okazało się bowiem, że aby obliczyć prawdopodobieństwo procesu kwantowego, w którym udział biorą tachiony, trzeba znać zarówno jego przeszły stan początkowy, jak i końcowy. Gdy naukowcy uwzględnili to w teorii, znikają problemy związane z tachionami, a sama teoria okazała się matematycznie spójna. 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, mówi profesor Dragan. Autorzy badań zauważają, że w wyniku rozszerzenia przez nich warunków brzegowych, pojawia się nowy rodzaj splątania kwantowego, w którym przeszłość miesza się z przeszłością. Ich zdaniem, tachiony to nie tylko możliwy, ale koniczny składnik procesu spontanicznego łamania symetrii odpowiedzialnego za powstanie materii. To zaś może oznaczać, że zanim symetria zostanie złamana, wzbudzenie pola Higgsa może przemieszczać się z prędkościami większymi od prędkości światła. « powrót do artykułu

W Wielkim Zderzaczu Hadronów przeprowadzono pierwsze badania, których celem było sprawdzenie, czy najcięższe cząstki elementarne – kwarki t (wysokie, prawdziwe) – zachowują się zgodnie ze szczególną teorią względności Einsteina. Eksperyment, wykonany przy użyciu CMS, miał sprawdzić prawdziwość kluczowego elementu teorii względności, czyli symetrii Lorenza. Zgodnie z nią prędkość światła jest identyczna we wszystkich kierunkach. Istnieją pewne teorie, jak np. niektóre modele teorii strun, zgodnie z którymi przy wysokich energiach szczególna teoria względności nie działa i wyniki eksperymentu będą zależały od jego orientacji w czasoprzestrzeni. Ślady takiego złamania symetrii Lorenza powinny być tez widoczne przy niższych energiach, jakie są wykorzystywane w Wielkim Zderzaczu Hadronów. Dlatego też naukowcy pracujący przy CMS postanowili poszukać złamania symterii Lorenza wykorzystując w tym celu pary kwarków t. W prowadzonych przez nich eksperymentach zależność ich wyniku od orientacji w czasoprzestrzeni oznaczałaby, że tempo wytwarzania par kwarków t w zderzeniach protonów zmieniałoby się wraz z porą dnia. Skoro bowiem Ziemia obraca się wokół własnej osi, zmienia się położenie Wielkiego Zderzacza Hadronów, a zatem i kierunek strumieni protonów oraz orientacja miejsca, w którym dochodzi do zderzeń protonów i pojawiania się kwarków. Jeśli zatem symetria Lorenza zostaje złamana, to wraz ze zmianą pory dnia powinna zmieniać się liczba kwarków t pojawiających się w wyniku zderzeń. Analiza danych z CMS z drugiej kampanii badawczej LHC (lata 2015–2018), wykazała, że tempo produkcji kwarków t w urządzeniu jest stałe. Symetria Lorenza nie jest więc naruszana, a szczególna teoria względności się broni. Uzyskane wyniki posłużą jako wstęp do poszukiwań naruszenia symetrii Lorenza w danych z trzeciej kampanii naukowej (2022–2026). Będzie można je wykorzystać też do bardziej szczegółowego przyjrzenia się innym procesom zachodzącym w akceleratorze, w których biorą udział bozon Higgsa czy bozony W i Z. « powrót do artykułu