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Plus rapide qu'un photon : comment les tachyons défient la physique moderne

SciTechDaily

Les recherches sur les tachyons, des particules dont on pense qu'elles se déplacent plus vite que la lumière, ont progressé de manière significative, révélant que les incohérences antérieures de la mécanique quantique provenaient de conditions limites inadéquates. Un nouveau cadre, prenant en compte à la fois les états passés et futurs, non seulement résout ces problèmes, mais suggère également un nouveau type d'intrication quantique et positionne les tachyons comme un élément central de la formation de la matière via les excitations du champ de Higgs. Crédit : Issues.fr.com

Les avancées récentes dans la théorie des tachyons ont abordé les incohérences passées en incorporant les états passés et futurs dans les conditions aux limites, conduisant à une nouvelle théorie de l’intrication quantique et suggérant un rôle critique des tachyons dans la formation de la matière.

Les tachyons sont des particules hypothétiques qui se déplacent à des vitesses supérieures à celle de la lumière. Ces particules supralumineuses sont l’« enfant terrible » de la physique moderne. Jusqu’à récemment, elles étaient généralement considérées comme des entités qui ne correspondaient pas à la théorie de la relativité restreinte. Cependant, un article vient d’être publié par des physiciens de l'Université de Varsovie et de la Université d'Oxford a montré que beaucoup de ces préjugés étaient infondés. Les tachyons non seulement ne sont pas exclus par la théorie, mais permettent de mieux comprendre sa structure causale.

Mouvement supraluminique et Tachyons

Le mouvement à des vitesses supérieures à celle de la lumière est l'un des sujets les plus controversés de la physique. Les particules hypothétiques qui pourraient se déplacer à des vitesses supraluminiques, appelées tachyons (du grec tachýs, rapide, vif), sont les « enfants terribles » de la physique moderne. Jusqu'à récemment, elles étaient largement considérées comme des créations qui ne correspondaient pas à la théorie de la relativité restreinte.

Les défis de la théorie des Tachyons en mécanique quantique

On connaissait jusqu'à présent au moins trois raisons pour lesquelles les tachyons n'existaient pas dans la théorie quantique. La première raison était que l'état fondamental du champ de tachyons était supposé instable, ce qui signifierait que de telles particules supralumineuses formeraient des « avalanches ». La deuxième raison était que tout changement d'observateur inertiel devait entraîner un changement du nombre de particules observées dans son système de référence, alors que l'existence de sept particules, par exemple, ne pouvait pas dépendre de la personne qui les observait. La troisième raison était que l'énergie des particules supralumineuses pouvait prendre des valeurs négatives.

Entre-temps, un groupe d'auteurs : Jerzy Paczos, poursuivant son doctorat à l'Université de Stockholm, Kacper Dębski, terminant son doctorat à la Faculté de physique, Szymon Cedrowski, étudiant en dernière année de physique (études en anglais), et quatre chercheurs plus expérimentés : Szymon Charzyński, Krzysztof Turzyński, Andrzej Dragan (tous de la Faculté de physique de l'Université de Varsovie) et Artur Ekert de l'Université d'Oxford, viennent de souligner que les difficultés rencontrées jusqu'à présent avec les tachyons avaient une cause commune.

Il s'est avéré que les « conditions limites » qui déterminent le cours des processus physiques incluent non seulement l'état initial mais aussi l'état final du système. Les résultats de l'équipe internationale de chercheurs viennent d'être publiés dans la prestigieuse revue Examen physique D.

Une percée dans la compréhension des Tachyons

Pour le dire simplement : pour calculer la probabilité d'un processus quantique impliquant des tachyons, il faut connaître non seulement son état initial passé, mais aussi son état final futur. Une fois ce fait intégré à la théorie, toutes les difficultés mentionnées précédemment ont complètement disparu et la théorie des tachyons est devenue mathématiquement cohérente. « C'est un peu comme la publicité sur Internet : une simple astuce peut résoudre vos problèmes », explique Andrzej Dragan, principal inspirateur de l'ensemble du projet de recherche.

« L’idée que le futur peut influencer le présent au lieu que le présent détermine le futur n’est pas nouvelle en physique. Cependant, jusqu’à présent, ce type de point de vue n’était au mieux qu’une interprétation peu orthodoxe de certains phénomènes quantiques, et cette fois, nous avons été contraints d’en arriver à cette conclusion par la théorie elle-même. Pour « faire de la place » aux tachyons, nous avons dû élargir l’espace d’état », conclut Dragan.

Implications et avenir de la recherche sur les Tachyons

Les auteurs prédisent également que l'élargissement des conditions aux limites a ses conséquences : un nouveau type d'intrication quantique apparaît dans la théorie, mélangeant passé et futur, ce qui n'est pas présent dans la théorie conventionnelle des particules. L'article soulève également la question de savoir si les tachyons décrits de cette manière sont une pure « possibilité mathématique » ou si de telles particules sont susceptibles d'être observées un jour.

Selon les auteurs, les tachyons ne sont pas seulement une possibilité, mais sont en fait un élément indispensable du processus de brisure spontanée responsable de la formation de la matière. Cette hypothèse signifierait que les excitations du champ de Higgs, avant que la symétrie ne soit brisée spontanément, pourraient voyager à des vitesses supraluminiques dans le vide.

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