Quelltext der Seite Tachyon

'''Tachyonen''' ([[Altgriechische Sprache|altgr.]] {{lang|grc|ταχύς}} ''tachýs'' ‚schnell‘) sind hypothetische [[Teilchen]], die sich schneller als die [[Lichtgeschwindigkeit]] bewegen. Solche Teilchen werden als ''[[Überlichtgeschwindigkeit|superluminar]]'' bezeichnet.

== Tardyonen, Luxonen und Tachyonen {{Anker|Luxon}} ==
Olexa-Myron Bilaniuk, V. K. Deshpande und [[George Sudarshan|E. C. G. Sudarshan]] wiesen 1962 darauf hin, dass es für die Gleichungen der [[Spezielle Relativitätstheorie|speziellen Relativitätstheorie]] mehrere Lösungsmöglichkeiten gibt (und unabhängig Anfang der 1960er Jahre auch der sowjetische Physiker [[Jakow Petrowitsch Terlezki]]).<ref>Auf die Paradoxien der Überlichtgeschwindigkeit wies schon [[Arnold Sommerfeld]] in den Anfangsjahren der Relativitätstheorie hin. Ein weiterer Pionier des Tachyonenkonzepts ist der sowjetische Physiker J. P. Terletzki, z.&nbsp;B. ''J.&nbsp;Phys.&nbsp;et Radium.'' Bd.&nbsp;21, 1960, S.&nbsp;681, Bd.&nbsp;23, 1962, S.&nbsp;910, ''Sov.&nbsp;Phys.&nbsp;Dokl.'' Bd.&nbsp;5, 1961, S.&nbsp;782, sowie S. Tanaka in Japan:  ''Theory of matter with superlight velocity'', Progress Theor. Phys., Band 24, 1960, S. 171</ref> Eine davon entspricht der normalen [[Materie (Physik)|Materie]], die sich mit Unterlichtgeschwindigkeit bewegt. Eine andere würde Teilchen erlauben, die sich ständig mit Überlichtgeschwindigkeit bewegen und niemals bis auf Lichtgeschwindigkeit abgebremst werden können.
Die Tatsache allein, dass es diese mathematische Lösungsmöglichkeit für die Gleichungen gibt, bedeutet jedoch nicht, dass Tachyonen auch real existieren müssen.

Für diese Einteilung von Teilchen in drei Klassen fand [[Gerald Feinberg]] (1967), der Tachyonen näher untersuchte, folgende Wortprägungen:
; Tardyonen : Teilchen, die sich stets langsamer als mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum fortbewegen.
; Luxonen : Teilchen, die sich stets mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum fortbewegen.
; Tachyonen : Teilchen, die sich stets schneller als mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum fortbewegen.

Davon hat sich nur die Bezeichnung ''Tachyon'' durchgesetzt.

== Eigenschaften von Tachyonen ==
* Ihre Geschwindigkeit ist größer als die Lichtgeschwindigkeit c.
* Ihre [[Masse (Physik)|Masse]] ist [[Imaginäre Zahl|imaginär]]. Das heißt, das Quadrat ihrer Masse ist negativ. Das folgt aus der [[Energie-Impuls-Relation]] der speziellen Relativitätstheorie:

:<math>E^2 = p^2c^2 + m^2c^4 \;</math>

:wenn man annimmt, dass sowohl die Energie als auch der Impuls des Teilchens reelle Größen sind und zusätzlich noch die relativistische Formel für die Energie eines Teilchens:
:<math>E = \frac{mc^2}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}}.</math>

:annimmt. Ist <math> v >c</math>, wird der Ausdruck unter dem Wurzelzeichen negativ und damit die Wurzel imaginär. Damit die Energie positiv ist, muss auch die Ruhemasse m imaginär sein.<ref>[http://math.ucr.edu/home/baez/physics/ParticleAndNuclear/tachyons.html John Baez Do tachyons exists ?]</ref>

*Bei ansteigender Geschwindigkeit eines Tachyons nimmt die Energie ab. Geht die Energie gegen 0, wird seine Geschwindigkeit sogar unendlich (transzendenter Zustand) und umgekehrt divergiert die Energie, wenn v gegen c geht. Um ein Tachyon zu verlangsamen und der Lichtgeschwindigkeit anzunähern, muss man Energie zuführen. Bei Tardyonen (das heißt den gewöhnlichen Elementarteilchen mit von null verschiedener positiver Ruhemasse) hingegen muss Energie hinzugefügt werden, um eine Geschwindigkeitssteigerung hervorzurufen.
* Ein elektrisch geladenes Tachyon sollte in Materie eine [[Tscherenkow-Strahlung]] anregen, da sich das Tachyon mit einer höheren Geschwindigkeit als der Lichtgeschwindigkeit des durchquerten Mediums bewegt. Es gibt allerdings auch Theoretiker, die dies einschränken und im Gegenteil argumentieren, dass Tachyonen nur Tscherenkow-Strahlung für Frequenzen im Röntgenbereich und UV-Frequenzen aufweisen, wenn der [[Brechungsindex]] kleiner 1 und die Geschwindigkeit des Tachyons unter der Phasengeschwindigkeit des Lichts im Medium ist.<ref>H. Lemke ''Cerenkov radiation induced by tachyons'', Il Nuovo Cimento 32 A, 1976, 169.</ref><ref>R. Folman, E. Recami, On the phenomenology of tachyon radiation, Found. Phys. Lett. 8, 1995, 127-134, [http://arxiv.org/abs/hep-th/9508166 Arxiv]</ref>
*Ein geladenes Tachyon würde bei Beschleunigung strahlen und Energie verlieren und auch in Materie allein durch die Tscherenkow-Strahlung Energie verlieren, was gemäß der relativistischen Formel für die Energie zu einer Geschwindigkeitserhöhung führt („Runaway solution“). Das Gleiche gilt auch für gravitativ wechselwirkende Tachyonen oder allgemein wechselwirkende Tachyonen, so dass eine Theorie wechselwirkender Tachyonen problematisch ist.
* Im Gegensatz zu unterlichtschnellen Teilchen, in denen die Ereignisse auf der [[Weltlinie]] für jeden Beobachter die gleiche Zeitordnung besitzen, hängt die zeitliche Reihenfolge verschiedener Ereignisse auf der Tachyon-Weltlinie vom Bezugssystem ab.

In der [[Quantenmechanik]] oder [[Quantenfeldtheorie]] von Tachyonen lässt sich zeigen, dass lokalisierte Feldanregungen („Teilchen“) sich nicht mit einer Geschwindigkeit größer als die Lichtgeschwindigkeit ausbreiten können.<ref>Siehe John Baez, loc. cit.</ref><ref>Y. Aharonov, A. Komar, [[Leonard Susskind]]: ''Superluminal Behavior, Causality, and Instability'', Phys. Rev., Band 182, 1969, S. 1400–1403, [http://journals.aps.org/pr/abstract/10.1103/PhysRev.182.1400 Abstract]</ref>

=== Theoretisches Erscheinungsbild ===
Könnte man Tachyonen sehen, so nimmt man an, dass der Beobachter sie erst sehen könnte, wenn sie an ihm vorbeigeflogen wären. Ähnlich wie bei Flugzeugen, die schneller fliegen als der [[Schall]] und ihre eigene Geräuschkulisse überholen, bewegen sich die Tachyonen schneller als das Licht und überholen somit ihre [[optische Abbildung]]. Daher würde man das Tachyon, nachdem es an einem vorbeigeflogen ist, gleich doppelt sehen. Einmal in der Richtung, in der es fliegt, und einmal in der Richtung, aus der es gekommen ist. Beide Abbildungen würden sich vom Beobachter entfernen.

Die Abbildung des sich nähernden Teilchens erführe dabei eine enorme [[Rotverschiebung#Rotverschiebung, Blauverschiebung und Kosmologie|Blauverschiebung]]; die des sich entfernenden eine [[Rotverschiebung]].
<div style="clear:both;"></div>

== Existenz von Tachyonen ==
Durch die experimentellen Befunde kann man Tachyonen mit [[Elektrische Ladung|elektrischer Ladung]] ausschließen, da sie durch [[Tscherenkow-Strahlung]] sehr leicht nachweisbar wären. Ebenso können Tachyonen mit [[Farbladung]] ausgeschlossen werden, die der [[Starke Wechselwirkung|starken Wechselwirkung]] unterliegen. [[Schwache Wechselwirkung|Schwach wechselwirkende]], nicht oder nur gravitativ oder durch hypothetische andere Kräfte wechselwirkende Tachyonen können jedoch vom experimentellen Standpunkt her nicht ausgeschlossen werden.

== Neutrinos ==
Seit den 1980er Jahren befassen sich einige Physiker mit der These, dass [[Neutrino]]s Tachyonen sind. Um dies zu testen, gibt es mehrere Möglichkeiten. Eine Möglichkeit, diese These zu belegen oder zu widerlegen, liegt in der direkten Massenbestimmung, z.&nbsp;B. durch Ausmessung der Endpunktenergie beim [[Tritium]]zerfall. Früher maß man bei den Tritium-Zerfallsexperimenten teilweise scheinbar negative Massenquadrate.<ref>[http://cupp.oulu.fi/neutrino/nd-mass.html The ultimate neutrino page, CUPP, Finnland]</ref> Dies konnte auf einen (bis dahin unbemerkten) Oberflächeneffekt des Detektorkristalls zurückgeführt werden.

Beim [[OPERA (Experiment)|OPERA]] am [[CERN]] meinte man 2011 Hinweise auf überlichtschnelle Neutrinos gefunden zu haben (also als Tachyonen-Kandidaten), später erwies sich das jedoch als Messfehler (siehe [[Messungen der Neutrinogeschwindigkeit]]).

Die Beobachtung von [[Neutrinooszillation]]en zeigt, dass Neutrinos eine von null verschiedene Masse besitzen. Das bedeutet, dass sie sich langsamer als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, daher können sie keine Tachyonen sein.

== Tachyonen in der Quantenfeldtheorie und Stringtheorie ==
Felder mit komplexer Masse (meist skalare Felder, als ''tachyonische Felder'' bezeichnet) tauchen in verschiedenen Quantenfeldtheorien auf, wo sie Zeichen einer Instabilität des Vakuums sind und zu einer sogenannten Tachyonen-Kondensation führen, das heißt die wechselwirkenden tachyonischen Felder annihilieren sich und bilden neue Teilchen (mit reeller Ruhemasse). Tachyonen sind hier Anzeichen einer Instabilität und die Tachyonenkondensation entspricht einem Phasenübergang zweiter Ordnung wie bei einem [[Spontaner Symmetriebruch|spontanen Symmetriebruch]] oder dem [[Higgs-Mechanismus]].

In der [[Stringtheorie]] gibt es viele Modelle, die Tachyonen enthalten, sowohl in der bosonischen als auch in der Superstring-Theorie. Die meisten Fachwissenschaftler vertreten jedoch den Standpunkt, dass realistische Modelle sich gerade durch das Fehlen von freien Tachyonen als Kandidaten für das physikalisch zutreffende Modell empfehlen. Die bosonische Stringtheorie mit einem Tachyonen-Grundzustand wird deshalb (und weil sie keine Fermionen beschreiben kann) meist ausgeschlossen (bzw. auf Grund des Tachyon-Grundzustands als instabil betrachtet) und der tachyonische Sektor in Superstringtheorien meist mit einer speziellen sog. GSO-Projektion entfernt. Wie in der Quantenfeldtheorie von Punktteilchen wird hier (in Stringfeldtheorien) aber auch die Rolle von Tachyonenkondensation als Anzeichen von Instabilitäten diskutiert. Beispielsweise vermutete [[Ashoke Sen]] in den 1990er Jahren aus dem Auftreten von Tachyonen in den offenen Strings, die einer [[D-Brane]] angeheftet sind, dass diese die Instabilität von D-Branen bei Paarerzeugung reflektieren (Sen-Vermutung).<ref>Sen, ''Tachyon condensation on the brane antibrane system'', JHEP, 8, 1998, 9808:012. [http://arxiv.org/abs/hep-th/9805170 Arxiv]</ref><ref>Sen, Tachyon dynamics in open string theory, Int.J.Mod.Phys.A, Band 20, 2005, S. 5513–5656, [http://arxiv.org/abs/hep-th/0410103 Arxiv]</ref>

== Konsequenzen der rückläufigen Zeit ==
Falls Wechselwirkungen zwischen den Tachyonen und den Tardyonen nachgewiesen werden könnten, würde das bedeuten, dass Botschaften aus der Zukunft in die Vergangenheit übermittelt werden könnten. [[Großvaterparadoxon|Zeitparadoxa]] wären die Folgen, wie beispielsweise durch ein hypothetisches [[Antitelefon]].

== Tachyonen in Esoterik und kommerziellen Anwendungen ==
Im Internet werden viele [[Esoterik|esoterische]] Produkte beworben und kommerziell vermarktet, die mit angeblicher [[Freie Energie (Parawissenschaft)|„Tachyonen-Energie“]] (auch teilweise „Urenergie“ genannt) durchsetzt seien und positive Auswirkungen auf den Träger haben sollen (siehe [[Tachyonen-Behandlung]]). Es gibt keine Beschreibung der Funktions- oder Herstellungsweise und keinen Beleg für eine Wirksamkeit.

== Literatur ==
* O. Bilaniuk, E. C. G. Sudarshan: ''Tachyons''. In: ''Physics Today.'' 22, 1969, H. 5 (Mai), {{ISSN|0031-9228}}, 1969, S. 43–51, sowie Leserbrief Diskussion: ebenda H. 12 (Dez.).
* [[Gerald Feinberg]]: ''Possibility of faster than light particles.'' In: ''Physical Review.'' 159, 1967, {{ISSN|0556-2821}}, S. 1089–1105.
* [[Jayant Vishnu Narlikar]]: ''Cosmic tachyons – an astrophysical approach.'' In: ''American Scientist.'' 66, 1978, 9, {{ISSN|0003-0996}}, S. 587–593.
* Erasmo Recami (Hrsg.): ''Tachyons, Monopoles and related topics.'' Proceedings of the 1st Session of the Interdisciplinary Seminars on „Tachyons and Related Topics“, Erice, 1 – 15 September 1976. North Holland, Amsterdam 1978, ISBN 0-444-85165-8.
*Erasmo Recami: ''Special Relativity Extended to (antimatter and) Superluminal motions: A Review'', Rivista del Nuovo Cimento, Band 9, 1986, S. 1–178<ref>[http://dinamico2.unibg.it/recami/scientific.htm Online mit anderen Arbeiten von Recami]</ref>
*Erasmo Recami: ''Tachyon kinematics and causality: A systematic thorough analysis of the tachyon causal paradoxes'', Foundations of Physics, Band 17, 1987, S. 239–296.
* [[Lawrence Schulman]]: ''Tachyon paradoxes.'' In: ''American Journal of Physics.'' 39, 1971, {{ISSN|0002-9505}}, S. 481–484, [http://people.clarkson.edu/~lschulma/1971TachyonParadoxesAJP39.pdf online (PDF; 523 KB)].
* E. C. G. Sudarshan: ''The theory of particles traveling faster than light 1.'' In: ''Lectures presented at the 1969 seventh anniversary symposium of the Institute of Mathematical Sciences, Madras, India''. No. 7. Plenum Press, New York NY 1970, ISBN 0-306-37050-6, (''Symposia on theoretical physics and mathematics'' 10), S. 129–151.
* Yakov P. Terletskii: ''Paradoxes in the theory of relativity.'' Plenum Press, New York NY 1968, (2nd print: ebenda 1970).
* [[Rüdiger Vaas]]: ''Tunnel durch Raum und Zeit. Einsteins Erbe – Schwarze Löcher, Zeitreisen und Überlichtgeschwindigkeit. (Wie Hawking seine Wette verlor).'' 2. aktualisierte Auflage. Franckh-Kosmos, Stuttgart 2006, ISBN 3-440-09360-3 (mit einem ausführlichen Kapitel über Tachyonen).

== Weblinks ==
* {{Alpha Centauri|88}}
* {{Webarchiv | url=http://atschool.eduweb.co.uk/rmext04/92andwed/pf_quant.html | wayback=20140218221558 | text=Matt Austern zu Tachyonen}}, auch in quantenmechanischer Behandlung (englisch)

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Relativitätstheorie]]
[[Kategorie:Hypothetisches Teilchen]]