Secondo Wikipedia: "Il tachione (dal greco ταχύς tachýs, "veloce") è una particella che viaggia ad una velocità superiore a quella della luce. La prima descrizione teorica dei tachioni è attribuita al fisico Arnold Sommerfeld".
Tale definizione però, e in particolare il superamento della velocità della luce nel vuoto, pone dei seri problemi alla teoria della Relatività Ristretta di Albert Einstein*.
Come descritto da Wikipedia "secondo Einstein, la massa totale di una particella rispetto ad un dato sistema di riferimento è la somma della sua massa a riposo e dell'incremento di massa dovuto all'energia cinetica**; se m0 indica la massa a riposo, allora l'energia totale è data dalla relazione:
E=m0c2/(1-v2/c2)1/2".
Nota: questa relazione è stata derivata nel post "Derivare la Massa Relativistica".
Risulta perciò evidente che, per valori di v>c, il valore al denominatore della precedente equazione diventa immaginario (poiché il numero sotto radice diventa negativo); possiamo però eliderlo ammettendo che anche il valore della massa dei tachioni sia espresso da un numero immaginario (in questo modo l'energia E resta un numero reale).
Ne consegue allora che avremmo tre categorie diverse di particelle (definite rispettivamente da v<c, v>c e v=0):
a) particelle comuni o bradioni con massa reale e velocità inferiori a c;
b) i presunti tachioni con massa immaginaria e velocità superiori a c;
c) le particelle con massa nulla come i fotoni dove risulta v=c.
Nota: si può dimostrare che per particelle con massa nulla deve risultare v=c (vedi il post "Massa a riposo "nulla"!).
In pratica ciò significa che "allo stesso modo in cui per i bradioni è impossibile superare la barriera della velocità della luce, lo stesso vale per i tachioni, che non possono avere velocità inferiori a quella della luce" non potendo certo passare improvvisamente da una massa reale ad una immaginaria e viceversa*** (vedi Wikipedia).
Tuttavia "è difficile interpretare il significato fisico di una massa di valore complesso. Un effetto curioso è che, a differenza delle particelle ordinarie, l'energia di un tachione diminuisce all'aumentare della sua velocità" come si può facilmente dedurre dall'equazione precedente per valori di v>c.
Nonostante queste ed altre contraddizioni della teoria relativistica, come per esempio l'impossibilità di distinguere tra passato e futuro nelle relazioni causali (che per i tachioni dipenderebbero dal sistema di riferimento, come descritto nel post "Prima la causa e poi... l'effetto?"), ciò non ha impedito ai fisici di fare alcune speculazioni teoriche sulle velocità superluminali (vedi Wikipedia).
Ricordiamo ad esempio che "il 23 settembre 2011 l'esperimento OPERA, presso i Laboratori nazionali del Gran Sasso, ha misurato la velocità dei neutrini che avrebbero percorso la distanza di 730Km tra l'acceleratore di particelle del CERN e il laboratorio del Gran Sasso con 60ns di anticipo rispetto alla velocità della luce", riaprendo a livello internazionale il dibattito teorico sull'esistenza dei tachioni.
In realtà i dati registrati a settembre dal rivelatore OPERA, che mettevano in discussione la teoria della relatività di Einstein, sono stati provocati (come è stato poi verificato dallo stesso gruppo di ricercatori), da un'anomalia nel funzionamento degli apparati per la misurazione (vedi Wikipedia).
È ovvio che se l'esperimento fosse stato confermato, il significato fisico della scoperta di particelle strane come i tachioni, avrebbe dovuto essere attentamente ridiscusso e analizzato alla luce delle loro particolari proprietà fisiche.
(*) Tuttavia "secondo la teoria della relatività generale, è possibile costruire modelli dello spazio-tempo in cui alcune particelle viaggiano più veloci della luce relativamente ad un osservatore distante" anche se, localmente, non superano la velocità della luce (vedi Wikipedia).
(**) Secondo la teoria della relatività l'energia totale E=mc2 di una particella in moto di massa m è data da E=m0c2+Ec (dove m0 è la massa a riposo ed Ec l'energia cinetica) da cui segue che m=m0+Ec/c2 perciò l'incremento di massa di una particella è dovuto all'energia cinetica.
(***) Si osservi però che "a livello teorico sarebbe possibile modificare istantaneamente la velocità attraverso un processo controllato di annichilazione e successiva ri-creazione di un oggetto ad una differente velocità" (vedi Wikipedia).
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