Привет, друзья! Сегодня мы окунёмся в мир фантастики и физики, поговорим о загадочных частицах, которые теоретически могут двигаться быстрее света. Их называют тахионами. Но что это такое? Как они работают? И что бы было, если бы их существование подтвердилось?

Что такое тахионы?

Тахионы — это гипотетические частицы, существование которых предсказано теоретической физикой. Их особенность в том, что они должны двигаться быстрее скорости света с момента своего появления. В отличие от обычных частиц, таких как электроны или протоны, тахионы никогда не смогут замедлиться до скорости света — они живут "по ту сторону" светового барьера.

Скорость света в вакууме, как известно, составляет около 300,000 км/с, и согласно специальной теории относительности Эйнштейна, для обычных частиц требуется бесконечное количество энергии, чтобы достичь этой скорости. Однако для тахионов всё наоборот: они "замедляются" при увеличении энергии и "ускоряются" при её уменьшении!

Почему тахионы — гипотеза?

Идея тахионов возникла как попытка расширить рамки специальной теории относительности. В 1967 году физики Джеральд Файнберг и Армен Алабердиан предложили, что уравнения Эйнштейна допускают существование таких частиц.

Суть в том, что тахионы могут обладать мнимой массой — не путайте с воображаемым понятием, речь идет о корне из отрицательного числа в математике. Это открытие заставило физиков задуматься: а возможно ли, что во Вселенной существуют такие экзотические объекты, нарушающие привычные законы?

Но где загвоздка? В том, что пока никто не обнаружил ни одной тахионной частицы. Это гипотеза, основанная на математических выкладках, но в реальном мире такие частицы могут и не существовать.

Что было бы, если бы тахионы существовали?

Проблемы с причинностью
Движение быстрее света порождает парадоксы времени. Например, тахион мог бы "прилететь" в место назначения раньше, чем был послан. Это разрушает привычную нам связь между причиной и следствием: вы, условно говоря, могли бы узнать о будущем до того, как оно случится.

Энергетический парадокс
Если тахионы замедляются при увеличении энергии, это означает, что их скорость стремится к бесконечности при низкой энергии. Представьте себе "бесконечно быстрые" частицы, которые почти мгновенно перемещаются по всему космосу! В таком случае физика столкнулась бы с проблемой описания таких состояний.

Новые технологии?
Если бы мы могли использовать тахионы, то, возможно, появились бы технологии мгновенной передачи информации. Привет, сверхсветовой интернет и квантовые компьютеры нового поколения!

Проблемы и скептицизм

Современная наука относит тахионы к области спекулятивной физики. Одна из причин — отсутствие доказательств. Большинство экспериментов с элементарными частицами не выявили никаких следов тахионов. Кроме того, тахионы могут противоречить фундаментальным принципам термодинамики и квантовой механики.

Существует даже мнение, что тахионы — это математический артефакт, не имеющий отношения к реальности. То есть, они "существуют" только в уравнениях, а не в физической природе.

Полезное:

— Статья про тахионы на Википедии

— Gerald Feinberg, "Possibility of Faster-Than-Light Particles" (1967) — доступно в библиотеке arXiv.

Сегодня поговорим о фундаментальной штуке, которая лежит в основе всего, что нас окружает, — квантовых полях. Они — как невидимый скелет Вселенной, на котором держится вся физика частиц. Но что это вообще такое? Как они работают и каким образом создают частицы?

Что такое квантовое поле?

Всё начинается с того, что в квантовой физике и теории относительности мы представляем мир не как совокупность отдельных объектов, а как взаимодействие полей.

Поле — это объект, значение которого есть в каждой точке пространства и времени. Например:

— Температура воздуха — это поле (в каждой точке своё значение).

— Гравитация — тоже поле, потому что она действует везде.

Квантовое поле — это ещё более хитрая штука. Оно описывает вероятность того, что в определённой точке пространства появится частица. А частица — это всего лишь квант (мельчайший кусочек) этого поля.

Представьте поле как гладь пруда: если бросить камешек, появятся волны. Эти волны — своего рода "частицы", возникающие в поле.

Как квантовые поля создают частицы?

Частицы — это волны в квантовых полях. Например:

— Электрон — это возбуждение электронного поля.

— Фотон (частица света) — это колебание электромагнитного поля.

— Гравитон (гипотетическая частица) — возбуждение гравитационного поля.

Метафора с океаном:
Поле — это вода.
Частицы — это волны на поверхности воды.
Взаимодействие частиц — это столкновение волн.

Когда энергии в определённой точке поля становится достаточно (например, при столкновении частиц на ускорителе), из колебаний поля "рождаются" новые частицы.

Квантовые поля повсюду!

Сложно поверить, но все частицы вокруг нас, от электронов в ваших телефонах до нейтрино, пролетающих сквозь вас прямо сейчас, — это просто "всплески" в разных квантовых полях. Вся Вселенная — это огромная "сетка" из таких полей, которые постоянно взаимодействуют.

Почему квантовые поля важны?

Квантовые поля — основа Стандартной модели физики. Она описывает:

— Все известные частицы, от кварков до фотонов.

— Силы взаимодействия, включая электромагнетизм, слабое и сильное ядерное взаимодействие.

Единственное, что пока не удалось вписать в эту теорию, — гравитация. Квантовая теория гравитации остаётся открытым вопросом.

Как это используют?

— Коллайдеры частиц: В адронном коллайдере мы сталкиваем частицы с бешеной скоростью, чтобы наблюдать новые возбуждения в полях. Именно так был открыт бозон Хиггса.

— Квантовые компьютеры: Эти устройства работают благодаря запутанности и суперпозиции — явлениям из квантовых полей.

— Лазеры: Их работа напрямую связана с возбуждением электронных полей.

Для тех кто хочет углубиться:

— "Квантовая теория поля для чайников" (Дэвид Гриффитс).

— "Квантовая Вселенная" (Брайан Кокс).

— Канал на YouTube "PBS Space Time".

Итоги

Квантовые поля — это не просто сложная математическая абстракция, а реальная картина мира, объясняющая, как возникает материя. Мир вокруг нас — это океан полей, и мы сами — всего лишь "волны" в этом океане.

Используя так называемый «полуметаллический» материал, исследователи обнаружили странные частицы, которые не имеют массы при движении в определенном направлении, но приобретают массу при перенаправлении в направлении, перпендикулярном первоначальному. (Это можно сравнить с тем, как если бы вы шли в одном направлении и чувствовали себя очень лёгким, а затем, повернувшись на 90°, вдруг ощутили бы себя очень массивным)

Это было достигнуто путём воздействия на материал экстремальных условий, в частности магнитного поля, более чем в 10 миллионов раз превышающего магнитное поле Земли. Данный эксперимент может проложить путь к открытию новых физических явлений.

«Наша работа проливает свет на скрытые квазичастицы, возникающие из сложной топологии скрещенных узловых линий, и подчеркивает потенциал для изучения квантовой геометрии с помощью линейных оптических откликов», — объясняют исследователи в своей статье.

Узнайте, какие удивительные технологии разрабатываются сегодня и что нас ждет в будущем в мире науки и космоса! Присоединяйтесь к нам! Наука Космос Технологии! 🐼

Атомные часы работают на основе лазеров, чья частота излучения точно соответствует энергии, необходимой для перехода электронов между уровнями внутри атома. Эти часы теряют или добавляют всего одну секунду за 40 миллиардов лет.

Ядерные же часы фиксируют переходы внутри ядра — среди протонов и нейтронов, что может сделать их еще точнее. Частицы в ядре менее чувствительны к внешним воздействиям, например к электромагнитным полям.

Для создания ядерных часов требуется рентгеновское излучение с чрезвычайно высокой энергией. Поэтому ученые сосредоточились на тории-229.

Атомные часы играют ключевую роль в работе навигационных систем, интернета, обеспечении надежности сетевых соединений и безопасности цифровых коммуникаций. Если частота «тика» изменится со временем, это может указывать на изменения в фундаментальных силах, удерживающих ядро. Такая чувствительность поможет ученым обнаружить влияние темной материи на вещество.

Узнайте, какие удивительные технологии разрабатываются сегодня и что нас ждет в будущем в мире науки и космоса! Присоединяйтесь к нам!

Американский физик Леон Макс Ледерман

в своей книге назвал бозон Хиггса «goddamn particle»

— проклятая или чёртова частица,

но редактору это название не понравилось

и в окончательной версии книги бозон Хиггса

назвали «частицей Бога»,

и это название закрепилось за ним в массовом сознании.

***********************************************

Поймать за хвост "частицу бога",

И верить в "квантовый скачок" –

Безумная мечта убогих,

Чьи души ждёт сливной бачок...