Самая быстрая частица во вселенной: Ученые: Обнаружена самая быстрая частица во Вселенной |

Содержание

Ученые пришли к невероятному открытию: скорость света — не самая быстрая в мире — 23 сентября 2011

Технологии

23 сентября 2011, 10:39

В исследовательском центре Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) получили результаты, которые привели физиков в замешательство: похоже, что субатомные частицы могут двигаться со скоростью, превышающей скорость света.

Пучок нейтрино, направленный из ЦЕРН в подземную лабораторию Гран-Сассо в Италии на расстояние в 732 км, прибыл на место назначения, как сообщается, на несколько миллиардных долей секунды раньше, чем если бы передвигался со скоростью света, сообщает bbc.co.uk.

Итоги экспериментов в скором времени будут помещены в Интернете, чтобы их могли изучить все желающие эксперты.

Осторожность ученых, которые не спешат заявить о новом открытии, понятна – если результаты подтвердятся, то целое столетие развития физической науки окажется под вопросом.

По современным представлениям, скорость света является предельной во Вселенной. Вся современная физика – сформулированная в частной теории относительности Альберта Эйнштейна – основана на идее, что ничто не может превысить эту фундаментальную физическую постоянную.

Были проведены тысячи экспериментов, чтобы установить точное значение скорости света. Но ни разу ни одна частица не смогла преодолеть этот барьер. Однако европейские ученые, возможно, обнаружили нейтрино, то есть субатомные частицы, которым, похоже, удалось превысить скорость света.

УДИВЛЕНИЕ1

ПЕЧАЛЬ0

ПРИСОЕДИНИТЬСЯ

Самые яркие фото и видео дня — в наших группах в социальных сетях

ВКонтакте
Телеграм
Яндекс.Дзен

Увидели опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter

Новости СМИ2

сообщить новость

Отправьте свою новость в редакцию, расскажите о проблеме или подкиньте тему для публикации. Сюда же загружайте ваше видео и фото.

Группа вконтакте

Новости компаний

11.11.2022 15:00

Концерн ВКО «Алмаз — Антей» проведет круглый стол по развитию беспилотной авиации в России

ПАО «НПО «Алмаз» (входит в Концерн ВКО «Алмаз — Антей») проведет в рамках выставки «Транспорт России 2022» круглый стол на тему: «Мониторинг использования воздушного пространства над мегаполисами как инструмент реализации Концепции интеграции беспилотных воздушных судов (БВС) в единое воздушное пространство и развития городской аэромобильности». В круглом столе примут участие представители федеральных и региональных органов исполнительной власти, компаний-разработчиков цифровых сервисов для развития городской аэромобильности…

10.11.2022 13:30

«ПСК Эксперт»: сколько должен стоить паркинг?

В этом выпуске «ПСК Эксперт» рассказываем про современные паркинги. Почему «этажерки» приходят на смену подземным, сколько они стоят и за сколько их готовы покупать новоселы. Какие нормы действуют и для каких категорий авто. Плюсы паркинга очевидны: отсутствие холодных запусков двигателя, быстрый прогрев, сохранность автомобиля. Разбираем, сколько парковочных мест должен построить застройщик, а также сколько должно стоить место в паркинге. Приводим пример расчета для комфорт-класса — для обычных авто и электромобилей. Откровения и советы…

10.11.2022 14:20

Пенсионеры вытесняют молодую аудиторию в TikTok

Пользователи старше 55 лет — единственная аудитория TikTok с растущим трафиком. К таким выводам пришли специалисты МегаФона, проанализировав с помощью инструментов BigData изменения в мобильном трафике соцсети за 10 месяцев этого года. С начала года мобильный трафик в сегменте пользователей TikTok старше 55 лет вырос более чем в два раза. Несущественный всплеск интереса был зафиксирован у пользователей в возрасте от 36 до 54 лет. В целом, доля аудитории старшего и среднего возраста увеличилась с 23% в январе до 32% в октябре. Активность…

ТОП 5

Сжимать зубы и уметь завалить хлебало эмоций. Что в России думают об уходе из Херсона

82 352

1842

«Суперграфика» и ощущение полета. Посмотрите, как будет выглядеть новый аэропорт Петербурга в Левашово

60 146

783

Пропал в Самаре, нашелся в трубе. Подробности о полуголом чудаке, которого вызволяли из-под земли в Пулково

46 338

304

Конец Содома. Путин подписал «указ о скрепах», рассказываем, что в нём написано

44 668

1525

От «сдавать Херсон никто не планирует» до «самых непростых решений»: полная хронология

37 400

Новости компаний

Коротко про тахионы / Хабр

В общепринятой картине мира, в которой правит та самая Теория Относительности — «ТО», скорость света «С» считается предельной скоростью, и эту же величину приписывают предельной скорости взаимодействия, протекания всех процессов во вселенной. Та же ТО утверждает зависимость энергии и массы тела от скорости – знаменитое уравнение E=m*c2.

Т.е. для объекта, обладающего массой, и достигшего С, время попросту остановится, а масса и энергия станут бесконечными, что сами понимаете весьма нежелательно на практике как и любой парадокс).

Поэтому все частицы движущиеся со скоростью света, общее название «люксоны», среди них и фотоны, рассматриваются как частицы не имеющие массы покоя. Попросту говоря с нулевой массой, ведь на сколько нуль не умножай – нулем и останется, а значит и парадокса не произойдет. Ура!

Для частиц с досветовыми скоростями тоже нашли парочку замысловатых слов «тардио́ны» или «брадио́ны», и им даже разрешили иметь массу покоя, т.к. они световых скоростей не достигают, а значит правильных теорий не нарушают…

Но физики — ребята творческие, и стоит им что-то незыблемое постановить, как тут же возникает соблазн это опровергнуть. Что в принципе и понятно, потому что любая теория это вовсе не абсолютный закон, а лишь предположение, дополненное расчетами, и в различной степени подтверждаемое или опровергаемое опытным путем.

Однако, по каким то загадочным причинам, принято крайне щепетильно считаться с Теорией Относительности. И зачем то выверять соответствуют ли ей новые теории или данные полученные экспериментально… Не смотря на то, что это тоже всего лишь теория.

Поэтому когда в 1967 американский физик Джеральд Фейнберг рискнул удивить мир новой, сверхсветовой частицей, то он не стал лезть на рожон, и сразу математически доказал, что существование её вовсе не противоречит ТО!

И все остались довольны.

Назвал он этот класс частиц «тахионами».

Их скорость всегда быстрее света, но для этого им приходится иметь некую «мнимую» массу (что это значит, а главное – кто её «мнит», наверно, не скажет даже физик), и свойство терять скорость при поглощении энергии, тогда как все «нормальные» частицы ускоряются.

Все это конечно плачевно сказалось на тахионах, т.к. пришлось признать что их время течет вспять, и то что тахионы не могут доносить информацию, т.к. это к примеру, нарушило бы принцип причинности, и вообще не могут как либо взаимодействовать с частицами нашего мира, т. к. их скорость выше скорости взаимодействия в нашей вселенной. Они просто выпадают из нашей пространственно-временной и причинно-следственной структуры!

По этой причине, обнаружение и фиксация таких частиц представляются скорее всего невозможными… Пока не найдется новый сообразительный физик, конечно!

Есть также интересная попытка «изобразить» как бы выглядел тахион, если бы его удалось таки увидеть…

«Увидеть» его возможно после момента пролета его мимо. Приближающийся тахион невиден, так как изображение его вместе со светом запаздывает за ним. После же его пролета вблизи можно наблюдать его раздвоенное изображение, части которого разлетаются в разные стороны:

одна часть, по ходу движения -это свет улетающего тахиона, и вторая, против его движения, – постепенно долетающие изображения тахиона, которые он оставил позади, пока летел к нам.

Забавно…

тахионов: факты об этих сверхсветовых частицах

Тахионы — это гипотетические частицы, которые движутся быстрее скорости света и путешествуют во времени в обратном направлении.
(Изображение предоставлено Юичиро Чино через Getty Images)

Путешествие со скоростью, превышающей скорость света, и путешествие во времени могут быть реальными для тахионов. Если в чем и преуспевает научная фантастика, так это в том, что она позволяет нам восхищаться нарушением физических законов Вселенной. Мы с удивлением наблюдаем и читаем, как варп-двигатели космического корабля «Энтерпрайз» разгоняют его до сверхсветовой скорости, или как Барри или Уолли — кто бы ни носил имя Флэша в то время — делает то же самое не более чем за пару желтых сапог.

Точно так же нам нравятся истории о таких искателях приключений, как Доктор или Док Браун, использующих странные, казалось бы, устаревшие механизмы, чтобы нарушить законы причинно-следственной связи. Что, если бы существовала фундаментальная частица, которая могла бы делать все эти вещи? Двигаться быстрее света, как Флэш, и путешествовать во времени без ТАРДИС, Делориан или желтых ботинок.

Это тахион. Но не заблуждайтесь, эти частицы — не просто выдумки писателей-фантастов. Тахионы — это материал «твердой» науки.

Связанный: Что произошло бы, если бы скорость света была намного меньше?

Что такое тахион?

Тахионы — один из самых интересных элементов специальной теории относительности Эйнштейна. Теория 1905 года основана на двух постулатах: ничто с массой не движется быстрее скорости света ( c ), а физические законы остаются одинаковыми во всех неинерциальных системах отсчета. Важным следствием специальной теории относительности является тот факт, что пространство и время объединены в единое целое; пространство-время. Это означает, что путешествие частицы со скоростью связано с ее путешествием во времени.

Термин «тахион» впервые вошел в научную литературу в 1967 году в статье физика Колумбийского университета Джеральда Файнберга под названием «Возможность существования частиц со скоростью, превышающей скорость света ». Файнберг предположил, что тахионные частицы возникнут из квантового поля с «воображаемой массой», что объясняет, почему первая популяция специальной теории относительности не ограничивает их скорость.

Это привело бы к существованию во Вселенной двух типов частиц; брадионы, которые движутся медленнее света и составляют всю материю, которую мы видим вокруг нас, и тахионы, движущиеся быстрее света, по данным Университета Питтсбурга . Одно из ключевых различий между этими типами частиц заключается в том, что по мере добавления энергии к брадионам они ускоряются. Но у тахионов по мере отнятия энергии их скорость увеличивается.

Тахионы и путешествия во времени

Одним из наиболее важных и значимых результатов специальной теории относительности Эйнштейна является установление универсального предела скорости c ; скорость света в вакууме.

Эйнштейн предположил, что по мере приближения объекта к c его масса становится почти бесконечной, как и энергия, необходимая для его ускорения. Это должно означать, что ничто не может двигаться быстрее света. Но представьте себе частицу антимассы, такую как тахион, в самом низком энергетическом состоянии она будет двигаться со скоростью с . Но почему это должно привести к путешествию во времени вспять?

Все это зависит от концепции, которая помещает «относительное» в «специальную теорию относительности».

Распространенным инструментом, используемым для объяснения специальной теории относительности, является диаграмма пространства-времени.

Пространство-время наполнено событиями, начиная от космически мощных и жестоких, таких как взрыв сверхновой на далекой звезде, и заканчивая обыденными, такими как разбивание яйца на кухонном полу. И они отображаются на диаграмме пространства-времени. На этой диаграмме показано, как частица летит сквозь пространство-время, очерчивая мировую линию, отображающую ее движение.

Также пространство-время заполняют наблюдатели, каждый из которых имеет свою систему отсчета. Эти наблюдатели могут видеть события, заполняющие пространство-время, происходящие в разном порядке. Наблюдатель 1 может увидеть, что событие А, вспышка сверхновой, произошло до события В, треснувшего яйца. Однако наблюдатель 2 может видеть, что событие B происходит раньше, чем событие A.

События в пределах светового конуса наблюдателя могут быть связаны сигналом, более медленным, чем свет. (Изображение предоставлено: версия SVG: К. Аинскаци из en.wikipedia. Исходная версия PNG: Stib из en.wikipedia — перенесено из en.wikipedia в Commons. (Исходный текст: самодельный), CC BY-SA 3.0, https:/ /commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2210907)

(открывается в новой вкладке)

С каждым событием связан световой конус. Если событие B попадает в световой конус события A, то они могут быть причинно связаны. Сверхновая могла сбить яйцо с кухонного стола — или, может быть, упавший предмет для завтрака каким-то образом вызвал полный гравитационный коллапс умирающей звезды. Это потому, что в световом конусе сигнал, движущийся медленнее света, может связать события. Края светового конуса представляют скорость света. Для связи события вне светового конуса с событием внутри него требуется сигнал, который распространяется быстрее света.

Если событие А находится в световом конусе, а событие В вне его, то сверхновая и трагедия, связанная с яйцом, не могут быть причинно связаны. Но тахион, движущийся со скоростью, превышающей скорость света, может нарушить причинно-следственную связь, связав эти события.

Чтобы понять, почему это проблема, рассмотрим ее следующим образом. Событие изображения A — это отправка сигнала, а событие B — получение этого сигнала. Если этот сигнал движется со скоростью света или медленнее, то все наблюдатели в разных системах отсчета согласны с тем, что A предшествовало B.

Но, если этот сигнал переносится тахионом и, таким образом, движется быстрее света, будут системы отсчета, которые говорят, что сигнал был получен до того, как он был отправлен. Таким образом, для наблюдателя в этом кадре тахион путешествовал назад во времени.

Один из фундаментальных постулатов специальной теории относительности состоит в том, что законы физики должны быть одинаковыми во всех неускоряющихся системах отсчета. Это означает, что если тахионы могут нарушать причинно-следственную связь и двигаться назад во времени в одной системе отсчета, они могут делать это и во всех остальных.

Диаграмма, показывающая, как события рассматриваются в разное время в разных системах отсчета. (Изображение предоставлено пользователем: Acdx — самодельное, на основе изображения: Relativity_of_Simultanity.svg, исходный код: en:User:Acdx/Relativity_of_Simultanity_Animation, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/ index.php?curid=5560059)

Парадоксы тахионов

Чтобы увидеть, как это приводит к проблемам, называемым парадоксами, рассмотрим двух наблюдателей: Стеллу на борту космического корабля, вращающегося вокруг Земли, и Терру, находящуюся на поверхности Земли. планета. Эти двое общаются, отправляя сообщения с помощью тахионов.

Это означает, что если Стелла посылает на Терру сигнал, который движется быстрее света в системе отсчета Стеллы, но назад во времени в системе отсчета Терры. Затем Терра отправляет ответ в соответствии с приказом, который движется быстрее света в ее кадре, но назад во времени в кадре Стеллы, Стелла может получить ответ до отправки исходного сигнала.

Что, если этот ответный сигнал от Терры говорит: «Не посылайте никаких сигналов»? Тогда Стелла не посылает первоначальный сигнал, а Терре не на что ответить, и она никогда не посылает тахионный сигнал, который говорит «не посылайте никаких сигналов».

Таким образом, тахионы не только нарушают причинно-следственную связь в каждых кадрах, но и открывают двери для серьезных логических парадоксов.

Есть предположения, как можно избежать этих парадоксов. Конечно, самое простое решение состоит в том, что тахионов не существует.

Менее драконовское предположение состоит в том, что наблюдатели в разных системах отсчета не могут определить разницу между испусканием и поглощением тахионов.

Это означает, что тахион, путешествующий назад во времени, всегда можно интерпретировать как тахион, движущийся вперед во времени, потому что получение тахиона из будущего всегда создает один и тот же тахион и отправляет его вперед во времени.

Другое предположение состоит в том, что тахионы не похожи ни на какие другие частицы, о которых мы знаем, в том смысле, что они не взаимодействуют между собой и никогда не могут быть обнаружены или наблюдаемы. Это означает, что тахионная система связи, используемая Стеллой и Террой в приведенном выше примере, не может существовать.

В том же духе другие исследователи говорят, что тахионами нельзя управлять. Получение и испускание тахионов происходит случайным образом. Таким образом, невозможно послать тахион с сообщением о нарушении причинно-следственной связи.

Тахионы. Сможем ли мы когда-нибудь обнаружить их?

Помимо того факта, что, как и другие частицы, они, вероятно, непостижимо малы, поскольку тахионы всегда движутся быстрее света, их невозможно обнаружить при их приближении. Это потому, что он движется быстрее, чем любые связанные с ним фотоны.

После прохождения наблюдатель увидит, что изображение тахиона разделено на два отдельных изображения. Они показали бы, что он одновременно прибывает в одном направлении и исчезает в противоположном направлении.

Если обнаружение тахионов, по крайней мере их приближения, со светом невозможно, есть ли другой способ обнаружить их быстрее, чем световые частицы?

Возможно. Предполагается, что у тахионов есть «антимасса», но она по-прежнему составляет энергию массы. Это означает, что эти частицы все еще должны иметь некоторый гравитационный эффект. Возможно, высокочувствительные детекторы смогут обнаружить этот эффект.

Альтернативный метод обнаружения может возникнуть из-за их сверхсветовой природы.

В то время как скорость света в вакууме c является универсальным пределом скорости, частицы могут двигаться быстрее света в других средах. Когда электрически заряженные частицы ускоряются до скорости света и выше в определенных средах, таких как вода, они испускают форму излучения, называемую излучением Черенкова, согласно Международному агентству по атомной энергии .

Это означает, что если тахионы электрически заряжены, то одним из способов их обнаружения будет измерение черенковского излучения в ближнем вакууме космоса.

Сила воображения в науке

Тахионы действительно демонстрируют важность воображения в нашем постоянном стремлении понять вселенную. Их может не быть, а если они есть, у нас может не быть надежды когда-либо их измерить.

Но то, что не могут уловить наши технологии, может уловить наш разум. Мы можем рассмотреть возможность частицы, которая путешествует во времени, и что это говорит о природе времени, Вселенной и событиях, которые их наполняют.

В интервью с Джорджем Сильвестром Виреком, опубликованном в «The Saturday Evening Post » в 1929 году, Альберт Эйнштейн, как полагают, сказал: «Воображение важнее, чем знание. Знания ограничены. мир.»

Дополнительная информация

Узнайте больше о тахионах с помощью этого информативного видео на YouTube (откроется в новой вкладке).
Исследуйте возможные экспериментальные доказательства существования тахионов с Университетом Джорджа Мейсона (откроется в новой вкладке).
Узнайте, как работает черенковское излучение, из этого видео от Fermi Lab (откроется в новой вкладке).

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].

Роберт Ли – научный журналист из Великобритании, чьи статьи были опубликованы в журналах Physics World, New Scientist, Astronomy Magazine, All About Space, Newsweek и ZME Science. Он также пишет о научной коммуникации для Elsevier и European Journal of Physics. Роб имеет степень бакалавра наук в области физики и астрономии Открытого университета Великобритании. Подпишитесь на него в Твиттере @sciencef1rst.