I recenti progressi nella teoria dei tachioni hanno affrontato le incongruenze del passato incorporando sia gli stati passati che quelli futuri nelle condizioni al contorno, portando a una nuova teoria dell’entanglement quantistico e suggerendo un ruolo fondamentale nella formazione della materia.
I tachioni: gli “enfant terrible” della fisica moderna
I tachioni sono particelle ipotetiche che viaggiano a velocità superiori a quella della luce. Queste particelle superluminali sono gli “enfant terrible” della fisica moderna. Fino a poco tempofa, erano generalmente considerati entità che non rientravano nella teoria speciale della relatività.
Uni studio appena pubblicato dai fisici dell’Università di Varsavia e dell’Università di Oxford ha dimostrato tuttavia che molti di questi pregiudizi erano infondati. I tachioni non solo non sono esclusi dalla teoria, ma ci permettono di comprenderne meglio la struttura causale.
Lo studio
Il moto a velocità superiori a quella della luce è uno degli argomenti più controversi della fisica. Fino a poco tempo fa, erano ampiamente considerate creazioni che non rientravano nella teoria speciale della relatività.
Finora erano note almeno tre ragioni per la non esistenza del tachione nella teoria quantistica. La prima: si supponeva che lo stato fondamentale del campo tachionico fosse instabile, il che avrebbe significato che tali particelle superluminali avrebbero formato delle `valanghe’.
La seconda: si supponeva che un cambiamento nell’osservatore inerziale avrebbe portato a un cambiamento nel numero di particelle osservate nel suo sistema di riferimento, ma l’esistenza di, diciamo, sette particelle non può dipendere da chi le sta osservando. La terza ragione: l’energia delle particelle superluminali potrebbe assumere valori negativi.
Nel frattempo, un gruppo di autori: Jerzy Paczos, che sta conseguendo il dottorato di ricerca presso l’Università di Stoccolma, Kacper Dębski, che sta completando il dottorato presso la Facoltà di Fisica, Szymon Cedrowski, studente dell’ultimo anno di Fisica (studi in inglese), e quattro ricercatori più esperti: Szymon Charzyński, Krzysztof Turzyński, Andrzej Dragan (tutti della Facoltà di Fisica dell’Università di Varsavia) e Artur Ekert dell’Università di Oxford, hanno appena sottolineato che le difficoltà incontrate finora con i tachioni avevano una causa comune.
Si è scoperto che le “condizioni al contorno” che determinano il corso dei processi fisici includono non solo lo stato iniziale ma anche lo stato finale del sistema. I risultati del team internazionale di ricercatori sono stati appena pubblicati sulla prestigiosa rivista Physical Review D.
Per dirla in parole povere: per calcolare la probabilità di un processo quantistico che coinvolge i tachioni, è necessario conoscere non solo il suo stato iniziale passato, ma anche il suo stato finale futuro. Una volta che questo fatto è stato incorporato nella teoria, tutte le difficoltà menzionate in precedenza sono completamente scomparse e la teoria dei tachioni è diventata matematicamente coerente. “È un po’ come la pubblicità su Internet: un semplice trucco può risolvere i tuoi problemi“, ha affermato Andrzej Dragan, principale ispiratore dell’intera iniziativa di ricerca.
“L’idea che il futuro possa influenzare il presente invece che il presente determini il futuro non è nuova in fisica. Tuttavia, fino ad ora, questo tipo di visione è stata al massimo un’interpretazione non ortodossa di certi fenomeni quantistici, e questa volta siamo stati costretti a questa conclusione dalla teoria stessa. Per ‘fare spazio’ ai tachioni abbiamo dovuto espandere lo spazio di stato“, ha aggiunto Dragan.
Conclusioni
Gli autori hanno previsto anche che l’espansione delle condizioni al contorno abbia le sue conseguenze: un nuovo tipo di entanglement quantistico appare nella teoria, mescolando passato e futuro, che non è presente nella teoria convenzionale delle particelle.
Lo studio ha anche sollevato la questione se i tachioni descritti in questo modo siano puramente una “possibilità matematica” o se tali particelle siano probabili da osservare un giorno.
Secondo gli autori, tali particelle non sono solo una possibilità, ma sono, di fatto, una componente indispensabile del processo di rottura spontanea responsabile della formazione della materia. Questa ipotesi significherebbe che le eccitazioni del campo di Higgs, prima che la simmetria venisse spontaneamente rotta, potrebbero viaggiare a velocità superluminali nel vuoto.
