Share |

Takyonit fysiikan teorioissa

Takyonit fysiikan teorioissa. Osa I.  Suhteellisuusteoriat ja fysiikan standardimalli

Lue ensin Syksy Räsäsen kirjoitus:

http://www.tiede.fi/blog/2009/04/07/maljan-jaljilla/

Nykyinen käsityksemme fysikaalis-kemiallisesta todellisuudesta perustuu erityiseen suhteellisuusteoriaan (SR-teoria), yleiseen suhteellisuusteoriaan (GR-teoria) ja kvanttimekaaniseen hiukkasfysiikan standardimalliin (SM), johon kuuluu luettelo tunnetuista ja hypoteettisista hiukkasista (list of particles). Sekä SR-teoria että GR-teoria toimivat hyvin einsteinilaisessa 4-ulotteisessa avaruusajassa ja käytännön sovellutuksissa, kuten esimerkiksi GPS(global positioning system) paikannuksessa. Tähän järjestelmään kuuluu 24 satelliittia, joiden nopeus on n.4 km/s ja korkeus maanpinnasta n.20 000 km ja maa-asemilta yhteys on useaan samanaikaisesti. SR-teorian mukaan satelliitin kello käy hitaammin maasta käsin havainnoituna ja GR-teorian mukaan satelliitin kello käy nopeammin pienemmästä painovoimasta johtuen. Ilman näitä suhteellisuusteoreettisia korjauksia paikannukseen tulisi useiden satojen metrien virhe. Myös ensimmäisillä satelliittikokeiluilla oli ns. Einstein-kytkin (on/off), ja havaittiin, että se piti (maasta käsin) kytkeä on-asentoon. Suhteellisuusteorian käytöstä kemiassa olen kirjoittanut aikaisemmin. GR-teorialla selitetään paikallinen gravitaatio avaruuden kaareutumisena (välitys tapahtuu valon nopeudella), mikä myöskin on monin kokein todennettu. Miten sitten (valoa nopeammat) takyonit sopivat SR-teoriaan (jonka mukaan massallinen hiukkanen ei voi saavuttaa valon nopeutta ja massattomat hiukkaset kulkevat korkeintaan valon nopeudella)?

Albert Einsteinin kerrotaan sanoneen, ettei SR-teorian tulkinnat estä valoa nopeammin liikkuvien hiukkasten olemassaoloa, jos ne ovat alunperin superluminaalisia (valoa nopeampia). Näillä hiukkasilla (joille Gerald Feinberg v.1967 antoi nimen takyoni) olisi imaginaarinen massa (eli massan neliö olisi negatiivinen), ne saisivat lisää energiaa vauhdin hidastuessa kohti valon nopeutta, ja kääntäen, ne menettävät energiaa vauhdin kasvaessa. Takyonit käyttäytyvät siis päinvastoin kuin fysiikan standardimallin tuntemat hiukkaset. Itse asiassa, jos takyonin energia saa arvon nolla, nopeus kasvaa äärettömän suureksi. Tämä mahdollistaisi (ainakin teoriassa) täysin viiveettömän
varjomaisten takyonien teleportaation. Kuitenkin, kuten myöhemmin esitän, takyoneja on nykyisen käsityksen mukaan useita (kuten neutriinojakin) ja nopeuksia valon nopeuden monikertoja sekä
lähes viiveettömiä. Ajatusleikki. Valossa olevan sormen varjo liikkuu sitä nopeammin, mitä kauemmaksi se lankeaa (ja aina tietysti nopeammin kuin sormi). Jos sormi voisi liikkua valon nopeudella, varjo liikkuisi aina valoa nopeammin ja erilaisilla superluminaalisilla vauhdeilla. SR-teorian kattonopeus (valon nopeus, c) ei siis koske varjoja eikä takyoneja, jotka QFT:n eli kvanttikenttäteorian mukaan ovat takyonikentän ns. kvantteja, selitettävissä Stringteorian (säieteorian) takyonikondensaatiolla (tachyon condensation).

 
Osa II.  Takyonit uudelleen ajankohtaiseksi superstringteorian (säieteorian) myötä 2000-luvulla                                                       
Jos (SR, GR ja QFT-SM) selittäisivät kaiken (avaruuden hienorakenteen eli havaitsemattomat ääripienet ulottuvuudet, braanit, painovoiman mysteerin ym.), säie- tai jousiteoriaa (nykyinen nuorten teoreettisten fyysikkojen eliitti puhuu pelkästään String Theorystä) ei tarvittaisi ja myös takyonit ja niiden rooli jäisi selvittämättä. Niinpä SR-teorian mukaan takyonit eivät voisi siirtyä (havaitsemaamme) avaruusaikaan ja QFT:n kuvaamalla takyonikondensaatiolla olisi vain akateeminen mielenkiinto. Nykyisin kuitenkin tiedetään, että SR- ja GR-teoria sekä QFT-SM eivät toimi ääripienessä (Planckin pituus) mittakaavassa, koska spontaani (Lorentzin) symmetriarikko aikaansaa avaruusajalle suunnan ja avaruuden hienorakenteesta voi teoreettinen fysiikka (jossa takyonit ovat mukana) saada selkoa Stringteorian (tai kvanttigravitaation) keinoin, tai jos todellakin saadaan kehitettyä Kaikenteoria (Theory of Everything). Stringteorian ääripienet kätketyt ulottuvuudet (10 tai 11 havaitsematonta käpertynyttä dimensiota) ja Lisa Randallin ehdottamat kaareutuvat käytävät (hiukka suuremmat havaitsemattomat ulottuvuudet), braanit ym. säieteorioiden uudet käsitteet antavat takyoneille liikkumavaraa ja einsteinilaisen reaaliavaruuden hiukkasten kanssa vuorovaikuttamisen mahdollisuuden (jota jo kokeellisestikin tutkitaan).

Lisa Randall

6a0120a721c2d7970b01347fc47b13970c-800wi.jpg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Arvellaan, että takyoneja voisi olla useita erilaisia (kuten neutriinojakin) ja, että reaaliavaruudessa (tai sinne kätketystä ulottuvuudesta tai nimeämättömästä p-braanista saapunut ja vauhdiltaan hidastunut) eräs takyoni voisi olla jopa eräänlainen (? ? ?) neutriino. Oletetaan myös, että eräät standardimallin löytämät hiukkaset voisivat absorboida takyoneja. If so, ne voisivat myös tietyissä prosesseissa emittoida takyoneja. Enivei (kiva kirjoittaa englantia suomalaisittain),takyoneilla ja neutriinoilla olisi enemmänkin yhteistä (tämä on vielä spekulointia ja kun lähestymme stringteorian mittasuhteita, emme saa evidenssiä edes LHC:llä (Large Hadron Collider, joka valmistuu v.2008). Päätavoite lienee Higgsin hiukkasen (bosonin) löytäminen, jos kohta (kuten myöhemmin esitän) Higgsin kenttää ei välttämättä tarvita hiukkasten massan antajana tai luojana (huh huh, uskontoon liittyvä sana tässä tieteelliseksi tarkoitetussa jutussa).[laitan vähän kevennystä joukkoon, koska tulevaisuuden tieteestä kirjoittaminen on melkoista hapuilua; kuka sitä nyt toisaalta viitsisi skrivata tylsästä laitostieteestä!].

Gravitaatio uusiksi? Takyonien myötä gravitaation vaikutusnopeus menee uudelleen arvioitavaksi. GR-teorian mukaan vaikutus tapahtuu valon nopeudella, mutta kvanttigravitaatio (Superluminal Quantum Gravity) voitaneen selittää eräänlaisella imaginaarisella takyonisella vuorovaikutuksella. Joitakin astrofysikaalisia havaintoja onkin tehty (NASA) superluminaalisesta spinnauksesta, mutta havainnot ovat osin vääriksi osoitettu, osin (Halton Arp) toistaiseksi selittämättömiä. Enivei, supermassiivisiin mustiin aukkoihin (galaksien tai niiden ytimien keskuksissa olevat painovoimakeskukset) vaikuttavat universaaliset gravitaatiovoimat, jotka kiidättävät näitä tähtijärjestelmiä avaruuden halki, vaikuttavat (lähes) viiveettä (tieteelle tuntemattomien voimienkautta).

Tachyonic neutrinos (takyoniset neutriinot)? Google antaa näistäkin n. 200 sivustoa.Tritiumin radioaktiivisen hajoamisen spektrin analyysi on antanut (v.2005) viitteitä neutriinoista, joiden massan neliö on negatiivinen (imaginaarinen kuten takyoneilla). Experimentalistit(kokeelliset tutkijat) etsivät jo Feinbergin aikoina viitteitä takyoneista (radioaktiivisessa beta-hajoamisessa ja kosmisesta säteilystä), mutta tulokset olivat negatiivisia. Tritium (yksiprotoni, kaksi neutronia) muuttuu beta-hajoamisessa 3-heliumiksi (2 protonia, yksi neutroni) emittoiden elektronin ja antineutriinon sekä energiaa (18.6 keV). Tässä elektronin kineettisen energian maksimissa (engl. endpoint) neutriinon energia on lähes nolla ja se tulee havaituksi massansa perusteella. Jo aikaisemmin (v.2004) oli havaittu takyonisia neutriinoja kosmisen säteilyn spektrissä ja kokeellista dataa tutkittaessa oli (v.1995) ehdotettu, että elektronin neutriinoa voitaisiin tarkastella ns. fermionisena spinoriaalisena takyonina ja että "both
handedness neutrinos can be tachyons." Niinpä seuraavassa kirjoitelmassa on (uudelleen) mentävä neutriinojen maailmaan ja neutrino communication asiaan (ennen tachyon communication käsittelyä).

_______________________________________________________________________________________ 

Muukalainen tai tuttu, jos tälle sivulle eksyit, on se kiva juttu!

No riimit sikseen, jatkojuttu takyoneista (in superstringy universe) viivästyy LHC-kiihdyttimen tulosten takia. Mutta ei hätää, järjestän sinulle ohjelmaa:Katsele ja kuuntele musavideoita:  Kylie Minogue (Spinning around).Jos olet sporttinen, mene katsomaan pingisvideoita (Table Tennis videos). Jos olet kiinnostunut historian myyttisistä aiheista, kuten amatsoneista, mene tänne. Sieltä löydät myös Egyptin varhaishistoriaa. Tässä taas nykyegyptiläisen naisen blogi. Jos kemia kiinnostaa, aloita täältä. Fysiikka täältä, astrofysiikka ja tähtitiede täältä. Onko alkuräjähdys tosi, se selviää täältä. Tulevaisuuden tiedekö kiinnostaa? Entä filosofinen kirjoitelma? Jos taas olet syvällisesti kiinnostunut universumin ja maapallon tieteestä, tässä on sopiva aloitussivu. Enjoy! 

Searching for tachyons? They are not yet here! These tiny superluminal particles, with their imaginary masses, exist in metaphysical Superstringy Universe, in Hidden Dimensions of the Warped Passages     (Lisa Randall`s video). But they are coming soon! In the meantime, let me introduce three singers, Finnish Blondes and their music videos:

Anna Abreu (End of Love),    Kristiina Brask (Tuulilasin nurkkaan),   Katri Ylander (Valehdellaan).

Anastacia, saman kappaleen (Left Outside Alone) toisenlainen video.

_______________________________________________________________________________________

Lisää musavideoita täällä (sivun noin 20. osio). 

________________________________________________________________________________________ 

Seuraavaksi ilmestyy: Neutriinot, takyonit ja ultimatonit. Vertailu ja rooli (näkymättömässä) universumissa.