Il fascino per i tachioni, particelle teoriche capaci di muoversi più veloci della luce, non è mai svanito nel corso dei decenni, alimentando l’immaginario collettivo e dando impulso a numerose ricerche scientifiche. Queste particelle, proposte per la prima volta come risposta a enigmi quantistici e relativi, restano ipotetiche, ma potrebbero rivoluzionare la nostra comprensione del tempo e della causalità.
Di recente, un team internazionale di ricercatori ha presentato uno studio che apre nuove possibilità sulla realtà dei tachioni e della loro compatibilità con la teoria della relatività speciale di Einstein. Pubblicata su Physical Review D, questa ricerca introduce un modello che riconcilia i tachioni con i fondamenti della fisica, suggerendo che tali particelle non solo esistano, ma potrebbero teoricamente trasportare informazioni indietro nel tempo, aprendo nuove strade verso la comprensione della realtà e dei fenomeni quantistici.
Origini e significato dei tachioni
Il concetto di tachione nasce nel 1962 grazie al fisico Gerald Feinberg, che propose l’idea di particelle capaci di mantenere velocità superiori a quella della luce grazie alla “massa immaginaria.” Questa teoria rappresentava una svolta rispetto alla relatività einsteiniana, che stabiliva come impossibile per una particella massiccia superare la velocità della luce. Feinberg riteneva che una massa immaginaria avrebbe potuto ovviare a questo limite, mantenendo i tachioni costantemente sopra tale soglia.
Uno dei fenomeni che potrebbero essere indicativi della presenza di tachioni è il bagliore blu della radiazione Cherenkov, visibile nei reattori nucleari, dove le particelle cariche superano la velocità della luce nel mezzo circostante. Questo effetto, anche se non prova l’esistenza dei tachioni, rappresenta un fenomeno visivo legato alla possibilità che particelle con tali caratteristiche possano esistere.
Tuttavia, integrare i tachioni nelle teorie esistenti si è rivelato complesso. La loro natura superluminale mette in discussione la causalità, il principio fisico per cui ogni effetto ha una causa che lo precede, e inoltre, i calcoli suggerivano spesso una “energia infinita“, problema matematico apparentemente insormontabile. Inoltre, osservatori in differenti sistemi di riferimento riportavano valori contrastanti rispetto alla quantità di tachioni presenti, una violazione delle leggi fisiche stabilite.
Il nuovo studio: i tachioni nella relatività
Una ricerca condotta dall’Università di Varsavia e dall’Università di Oxford, con la partecipazione dei fisici Andrzej Dragan e Artur Ekert, ha portato alla luce un quadro che riesce a includere i tachioni nella relatività speciale di Einstein. Pubblicato su Physical Review D, lo studio ribalta alcune ipotesi passate, suggerendo un approccio in cui i tachioni potrebbero effettivamente trasportare informazioni indietro nel tempo.
“L’idea che il futuro possa influenzare il presente piuttosto che il presente determinare il futuro non è nuova in fisica,” afferma Dragan. “Tuttavia, fino ad ora, questo tipo di visione era nel migliore dei casi un’interpretazione non ortodossa di certi fenomeni quantistici, e questa volta siamo stati costretti a questa conclusione dalla teoria stessa“.
L’idea di Dragan si avvicina a un concetto “cinematografico” della realtà: conoscendo l’inizio e la fine, si può comprendere la trama complessiva. Secondo questa visione, non è inconcepibile immaginare che eventi futuri possano influenzare quelli attuali, creando un modello di causalità che si estende in entrambe le direzioni temporali.
Risolvere i paradossi tachionici: una nuova matematica
Lo studio ha visto la collaborazione di Dragan con ricercatori di spicco tra cui Jerzy Paczos, Kacper Dębski, Szymon Cedrowski, Szymon Charzyński e Krzysztof Turzyński, i quali hanno lavorato su un modello che stabilizza la presenza dei tachioni all’interno della relatività. Le teorie tradizionali sui tachioni, infatti, prevedevano stati di vuoto instabili ed energia infinita. Inoltre, i modelli variavano a seconda della prospettiva dell’osservatore, contraddicendo i principi base della fisica relativistica.
Per superare questi problemi, il team ha utilizzato un approccio matematico che integra sia gli stati iniziali sia quelli finali del sistema, unificando l’esistenza dei tachioni con la struttura matematica della relatività speciale. Il nuovo modello risolve contraddizioni precedenti, come il problema dell’energia infinita e la dipendenza dall’osservatore, aprendo un’interessante possibilità: i tachioni, un tempo relegati a mera speculazione, potrebbero realmente esistere.
Il contributo della meccanica quantistica: il formalismo a due stati
Il formalismo a due stati, originariamente sviluppato da Aharonov, Bergmann e Lebowitz, permette di considerare la reversibilità temporale senza violare la causalità. In questa ricerca, il team ha adattato il formalismo ai tachioni, dimostrando che tali particelle potrebbero esistere senza creare paradossi, ma semplicemente generando “disturbi” causali, simili a quelli che si osservano nella meccanica quantistica.
“Il nostro approccio ci ha permesso di aggirare i problemi di energia infinita, e il formalismo a due stati consente di considerare il tempo come una dimensione reversibile, in linea con la relatività,” spiega Ekert. Se confermato, questo quadro potrebbe rivoluzionare le teorie quantistiche, permettendo interpretazioni innovative sul modo in cui le particelle acquistano massa o sul funzionamento della materia stessa nell’universo.
La sperimentazione sui tachioni: passato e futuro
Nel corso degli anni, vari esperimenti hanno cercato di scoprire tracce di tachioni. Sheldon Glashow e Andrew Cohen dell’Università di Harvard condussero uno studio sui neutrini che viaggiano più velocemente della luce, ma ulteriori esperimenti smentirono i risultati. Anche il progetto OPERA del CERN testò l’idea dei neutrini superluminali, sollevando inizialmente entusiasmo, ma vennero infine riscontrati errori di misurazione.
Oltre alla ricerca sperimentale, i tachioni sono stati teorizzati in cosmologia come possibili motori dell’energia oscura e dell’espansione cosmica. Dr. Shinji Tsujikawa dell’Università di Waseda ha esplorato i campi tachionici come potenziali cause dell’accelerazione dell’universo. Anche se tali teorie restano speculative, queste ipotesi potrebbero fornire collegamenti tra i tachioni e fenomeni cosmologici, contribuendo a spiegare il tasso di espansione accelerata dell’universo.
Verso una nuova comprensione del tempo e della realtà
Se convalidato, il modello di Dragan e del suo team potrebbe ridisegnare la comprensione del tempo e della realtà stessa. La stabilità dei tachioni all’interno di un quadro matematicamente coerente offre l’opportunità di esaminare in profondità questioni quali la simmetria temporale e la causalità. Inoltre, la teoria suggerisce che i tachioni possano avere legami con eventi che rompono la simmetria, come quelli associati alla massa nel campo di Higgs.
La ricerca dimostra che il concetto di tachione non è solo una speculazione teorica, ma un potenziale elemento del nostro universo fisico, capace di stimolare la scienza a espandere i propri confini. La possibilità di viaggi nel tempo e la realtà delle particelle superluminali continuano a ispirare fisici e teorici a mettere in discussione le convenzioni, ponendo nuove domande sui fondamenti della nostra comprensione dell’universo.
