Jetzt, da sich der Staub über das superluminale Neutrino-Debakel von 2011 bei OPERA gelegt hat, bin ich daran interessiert, den aktuellen Stand der experimentellen Suche nach Tachyonen zu verstehen. Obwohl die OPERA-Behauptung ein lustiges Rätsel für Theoretiker war, die versuchten, Erklärungen zu finden, entsprach das behauptete Szenario nicht unserer derzeit besten Vermutung, wonach man bei der Suche nach Tachyonen suchen sollte. Zum Beispiel erwarten wir, dass Tachyonen elektrisch neutral sind ( pace Baldo 1970), aber wir erwarten auch wirklich, dass sie Spin 0 haben .
Der einzige Teilchenphysik-Test, über den ich Informationen finden konnte, ist Alvager 1968. Sie suchten nach der Produktion durch Photonen auf Blei und setzten eine Obergrenze für den Wirkungsquerschnitt. Das Experiment wäre nur für geladene Tachyonen empfindlich gewesen. Dies ist extrem alt, älter als das moderne Verständnis, wie Tachyonen in QFT passen, und weniger interessant als die Suche nach neutralen Tachyonen, von denen wir tatsächlich erwarten, dass sie existieren.
Es gibt hier eine große Bibliographie , aber sie konzentriert sich hauptsächlich auf das OPERA-Debakel.
Recami 2009 ist ein neuer Übersichtsartikel, aber ich habe keinen Zugriff auf die Konferenzberichte, und der Artikel scheint online nicht verfügbar zu sein.
Es wird erwartet, dass Tachyonen als Wellen existieren, die entweder lokalisiert oder superluminal sind, aber nicht beides (Shay 1977, Baez). Es scheint also, als ob die superluminale Ausbreitung eines Wellenpakets, wie im OPERA-Ergebnis, nicht wirklich die richtige experimentelle Signatur ist, nach der man suchen sollte. Was ist die richtige Signatur? Nicht-elektromagnetische Cerenkov-Strahlung?
Wenn erwartet wird, dass sie nicht lokalisiert sind, ist es dann sinnvoller, nach kosmologischen Beweisen zu suchen, wie in Davies 2012?
Es scheint schwierig zu sein, einen geeigneten Weg zur Suche nach Tachyonen zu definieren, da QFT im Grunde sagt, dass sie nicht in der Lage sein sollten, in dem naiven klassischen Sinne zu existieren, der vor 50 Jahren ins Auge gefasst wurde. Andererseits legt die Bereitschaft der Theoretiker, zu versuchen, die OPERA-Ergebnisse zu erklären, nahe, dass Spielraum vorhanden ist. Wenn Sie sich einen Erstsemester-Text wie Tipler 2003 ansehen, verweist er immer noch auf Alvager 1968 als das null experimentelle Ergebnis zu Tachyonen. Dies erscheint unbefriedigend. Ich kann nicht glauben, dass es in den letzten 45 Jahren keine besseren Direktsuchen gegeben hat.
Diese Frage ist ähnlich, aber viel spezifischer als eine vorherige Frage: Tachyonen und Photonen
Alvager und Kreisler, „Quest for Faster-Than-Light Particles“, Phys. Rev. 171 (1968) 1357, http://adsabs.harvard.edu/abs/1968PhRv..171.1357A
Baez - http://math.ucr.edu/home/baez/physics/ParticleAndNuclear/tachyons.html
M.Baldo, G.Fonte & E.Recami: „Über geladene Tachyonen“, Lett. Nuovo Cim. (erste Reihe) 4 (1970) 341-247. http://dinamico2.unibg.it/recami/erasmo%20docs
PCW Davies, Ian G. Moss, "Kosmologische Grenzen für tachyonische Neutrinos" http://arxiv.org/abs/1201.3284
Recami, „Superluminal waves and objects: An Overview of the Relevant Experiments“, Journal of Physics: Conference Series, Band 196, Ausgabe 1, Artikel-ID. 012020, 14 S. (2009)
Shay und Miller, „Causal and noncausal propagation of both tardyon and tachyon wave functions“, Nuovo Cimento A 38 (1977) 490, http://link.springer.com/article/10.1007%2FBF02730018
Tipler, Moderne Physik, 2003
[BEARBEITEN] Es ist mir gelungen, einige Referenzen zu finden, die jünger als 1968 sind. Ich weiß nicht, ob diese den Stand der Technik darstellen, aber um die Zeit anderer Leute nicht zu verschwenden, werde ich sie hier auflisten:
Clay, A search for tachyons in cosmic ray showers, http://adsabs.harvard.edu/full/1988AuJPh..41...93C Australian Journal of Physics (ISSN 0004-9506), vol. 41, Nr. 1, 1988, p. 93-99. -- kosmische Strahlung, Flugzeit
Baltay, C., G. Feinberg, N. Yeh und R. Linsker, 1970: Suche nach ungeladenen Teilchen, die schneller als Licht sind. Phys. Rev. D, 1, 759-770, doi:10.1103/PhysRevD.1.759. - Beschleunigerexperiment
Das Folgende sind keine experimentellen Arbeiten, geben aber einen hilfreichen Überblick über Methoden zur Suche nach Tachyonen:
Recami, „Superluminal Waves and Objects: Theory and Experiments. A Panoramic Introduction“, ebooks.iospress.nl/Download/Pdf/28897
Sudarshan, "Die Natur schneller als Lichtteilchen und ihre Wechselwirkungen" http://wildcard.ph.utexas.edu/~sudarshan/pub/1969_005.pdf
Die offensichtlichste experimentelle Signatur von Tachyonen wäre Bewegung bei Geschwindigkeiten größer als . Negative Ergebnisse wurden von Murthy und später im Jahr 1988 von Clay berichtet, der Teilchenschauer untersuchte, die in der Erdatmosphäre durch kosmische Strahlung erzeugt wurden, und nach Vorläuferteilchen suchte, die vor den ersten Gammastrahlen eintrafen. Man könnte auch nach Teilchen mit raumähnlichen Energie-Impuls-Vektoren suchen. Alvager und Erman untersuchten in einem Experiment von 1965 den radioaktiven Zerfall von Thulium-170 und stellten fest, dass keine solchen Partikel auf dem Niveau von 1 pro 10.000 Zerfällen emittiert wurden.
Einige subatomare Teilchen, wie dunkle Materie und Neutrinos, interagieren nicht stark mit Materie und sind daher schwer direkt nachzuweisen. Es ist möglich, dass Tachyonen existieren, aber nicht stark mit Materie interagieren, in diesem Fall wären sie in den oben beschriebenen Experimenten nicht nachweisbar gewesen. In diesem Szenario wäre es vielleicht immer noch möglich, auf ihre Existenz indirekt durch fehlende Energie-Impulse in Kernreaktionen zu schließen. So wurde das Neutrino erstmals entdeckt. Ein Beschleunigerexperiment von Baltay aus dem Jahr 1970 suchte nach Reaktionen, bei denen der fehlende Energie-Impuls raumartig war, und fand keine derartigen Ereignisse. Sie setzen eine Obergrenze von 1 zu 1.000 für die Wahrscheinlichkeit solcher Reaktionen unter ihren experimentellen Bedingungen.
Nach der Entdeckung des Neutrinos war lange Zeit sehr wenig über seine Masse bekannt, so dass es mit den experimentellen Beweisen übereinstimmte, anzunehmen, dass eine oder mehrere Arten von Neutrinos Tachyonen waren, und Chodos et al. machte solche Spekulationen im Jahr 1985. In einem Experiment im Jahr 2011 am CERN wurde angenommen, dass Neutrinos sich mit einer Geschwindigkeit bewegten, die etwas größer war als . Das Experiment stellte sich als Fehler heraus, aber wenn es richtig gewesen wäre, hätte es bewiesen, dass Neutrinos Tachyonen sind. Ein Experiment namens KATRIN, das derzeit in Karlsruhe kurz vor der Inbetriebnahme steht, wird die erste direkte Messung der Masse des Neutrinos liefern, indem es den fehlenden Energie-Impuls beim Zerfall von Wasserstoff-3 sehr genau misst.
Verweise
Alvager und Kreisler, „Quest for Faster-Than-Light Particles“, Phys. Rev. 171 (1968) 1357, doi:10.1103/PhysRev.171.1357, https://sci-hub.tw/10.1103/PhysRev.171.1357
Baltay, C., G. Feinberg, N. Yeh und R. Linsker, 1970: Suche nach ungeladenen Teilchen, die schneller als Licht sind. Phys. Rev. D, 1, 759-770, doi:10.1103/PhysRevD.1.759, https://sci-hub.tw/10.1103/PhysRevD.1.759
Chodos und Kostelecky, „Nuclear Null Tests for Spacelike Neutrinos“, https://arxiv.org/abs/hep-ph/9409404
Clay, A search for tachyons in cosmic ray showers, http://adsabs.harvard.edu/full/1988AuJPh..41...93C Australian Journal of Physics (ISSN 0004-9506), vol. 41, Nr. 1, 1988, p. 93-99.
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