Movimiento FTL

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El movimiento superlumínico es el movimiento a una velocidad superior a la velocidad de la luz en el vacío. A pesar de que, según lateoría especial de la relatividad, la velocidad de la luz en el vacío es la velocidad máxima alcanzable de propagación dela señal, yla energíapartícula de masa positiva tiende al infinito a medida que su velocidad se acerca a la velocidad de la luz, los objetos cuyo movimiento no está asociado con latransferencia de información(por ejemplo,la fase de oscilacionesen unaonda,sombraoun rayo de sol) puede tener una velocidad arbitrariamente alta [1] [2] [3] [4] .

Determinación de la velocidad superlumínica de un punto material

En un marco de referencia inercial (localmente) con origen , considere un punto material que está en . Llamamos superlumínica a la velocidad de este punto en el momento si se cumple la desigualdad: $O$ $t_0$ $O$ $t_0$

v(t_{0})>c

dónde:

$v(t)\equiv\frac{d}{dt}s(t)$ ;
${\ estilo de visualización c}$ es la velocidad de la luz en el vacío;
$t$ - tiempo;
$S t)$ - la distancia del punto a , medida en el sistema de referencia mencionado. $O$

La teoría especial de la relatividad (SRT) impone severas restricciones a la posibilidad de movimiento superlumínico de los cuerpos:

si se gasta una energía finita para acelerar un cuerpo con una masa en reposo distinta de cero, entonces el cuerpo no podrá alcanzar la velocidad superlumínica (ver, por ejemplo, la ecuación (9.9) [5] );
si todos los observadores inerciales son iguales (es decir, en ausencia de un campo externo o una curvatura espacial), la existencia de partículas (así como ondas u otros objetos capaces de transportar información y energía ) que se mueven a velocidades superlumínicas e interactúan en el forma habitual con la materia "subluminal" (es decir, que pueden ser emitidas y recibidas a voluntad) conlleva la paradoja de la violación del principio de incertidumbre, cuando un objeto puede hacer muchas medidas (una es la medida del momento, y la segunda es la medida de la energía de la partícula).

Hay muchas situaciones (tanto definitivamente reales como hipotéticas) que no cumplen las condiciones de esta definición y que, por tanto, no están sujetas a estas restricciones.

Física clásica

Rayo de sol, tijeras

Con respecto al movimiento de objetos con velocidad superlumínica, el académico V. L. Ginzburg escribió: [6]

El hecho de que las velocidades superiores a la velocidad de la luz en el vacío sean posibles y realmente ocurran en la física y la astronomía es, por supuesto, bien conocido desde hace mucho tiempo.

Por supuesto, V. L. Ginzburg en ningún caso habló de violaciones de los postulados o conclusiones de la teoría de la relatividad.

Un punto de luz (el llamado "rayo de sol") o, por ejemplo, el punto de intersección de las hojas de una cizalla de guillotina puede cambiar de posición a una velocidad superlumínica [6] [7] [8] . Sin embargo, en este caso, la información y la energía se transmiten en una dirección que no coincide con la dirección del movimiento del rayo solar (a una velocidad menor o igual a ), y las restricciones mencionadas anteriormente no se aplican [8] [9 ] [10] [11] . $v$ $C$ $v$

Experimento mental 1

Intentemos transmitir alguna señal desde un punto de la pantalla, a lo largo del cual corre el conejito, a otro punto junto con este conejito. Esto, obviamente, no tendrá éxito, ya que hagamos lo que hagamos con los fotones del conejito en el primer punto, esto no podrá afectar (por ejemplo, apagar o iluminar) los fotones del conejito en el otro punto que sí. pase (ellos, en contraste con el conejito mismo, se mueven al segundo punto no desde el primero, sino desde la linterna).

Experimento mental 2

La situación es algo más complicada en el caso de las tijeras. Parecería que si insertamos algo entre las cuchillas en el primer punto y las atascamos, el punto de intersección de las cuchillas dejará de moverse, y el observador en el segundo punto recibirá de nosotros una señal que le llegó más rápido que la luz . . Sin embargo, de hecho, no podremos detener la cuchilla en el punto 1 e inmediatamente detenerla en el punto 2. Además, la onda de deformación de las tijeras, que puede provocar cualquier cambio en el movimiento de la cuchilla cerca del punto 2, se propaga a través del material de las tijeras a la velocidad del sonido en este material, que siempre es menor que la velocidad de la luz.

Curiosamente, el punto más rápido que la luz no solo ocurre cuando se usa una fuente de luz giratoria con un haz estrecho y una pantalla a una distancia muy grande. Cualquier onda de luz , en particular plana , con un frente más o menos ancho , que cae sobre la pantalla en ángulo, en principio, crea un "conejito" similar (sin embargo, el grado de su gravedad está determinado por qué tan agudo es el frente de onda is), y la onda reflejada puede interpretarse como radiación Cherenkov de los "puntos" correspondientes a cada cresta de la onda incidente. [6]

En este sentido, objetos como un punto de luz son bastante físicos [1] . Su diferencia con los habituales es solo que no llevan consigo energía o información, es decir, el estado del "conejito" en algún punto y en algún lugar no es la causa de su estado o incluso aparición posterior en otro lugar en la pantalla.

Marcos de referencia no inerciales

En mecánica clásica [12] , el tiempo y el espacio se consideran absolutos, y la velocidad de un punto material se define como

\vec V = \dot{\vec r} = \frac{d \vec r(t)}{dt}

donde es el radio vector de un punto material. Así, en un sistema de coordenadas cartesiano giratorio (referencia) [13] , la velocidad de un punto material es [14] : ${\ vec {r))$

\vec V = \dot{ \vec r_H} - [~\vec \Omega \times \vec r~]

dónde:

$\vec r_H$ es el radio vector en un sistema de coordenadas no giratorio;
${\vec {\Omega ))$ es el vector de la velocidad angular de rotación del sistema de coordenadas.

Como se puede ver en la ecuación, en un marco de referencia no inercial asociado con un cuerpo giratorio, los objetos suficientemente distantes pueden moverse a una velocidad arbitrariamente alta, incluso a una velocidad superior a la velocidad de la luz [15] : . Esto no contradice lo dicho en el apartado "Determinación de la velocidad superlumínica de un punto material" , ya que . Por ejemplo, para un sistema de coordenadas asociado con la cabeza de una persona en la Tierra, la velocidad de la Luna con un giro normal de la cabeza será mayor que la velocidad de la luz en el vacío. En este sistema, al girar en poco tiempo, la Luna describirá un arco con un radio aproximadamente igual a la distancia entre el origen del sistema de coordenadas (cabeza) y la Luna. $|{\vec V}|>c$ $|{\vec V}|\neq v$

Velocidad de fase

La velocidad de fase a lo largo de alguna dirección x elegida arbitrariamente siempre excede la velocidad de fase a lo largo del vector de onda si la dirección x no coincide con la dirección del vector de onda. Es decir, si el eje x forma un ángulo α con el vector de onda , entonces ${\ Displaystyle V_ {\ Phi x}}$ ${\ Displaystyle V_ {\ Phi}}$

V_{\Phi x} = \frac{V_{\Phi)){\cos \alpha}

Por lo tanto, si (como, por ejemplo, para las ondas electromagnéticas en el vacío), entonces resulta ser mayor que la velocidad de la luz para cualquier α distinto de cero menor de 90 ° (esto se da a menudo cuando las ondas se propagan en guías de ondas, el los vectores de onda de las ondas planas que los componen a menudo no coinciden con el eje de la guía de ondas). E incluso para cualquier onda (con una final arbitrariamente pequeña ) uno puede, en principio, elegir α tan cerca de una directa que la velocidad de fase en tal dirección sea arbitrariamente grande, incluso mayor que c . $V_{\Phi }=c$ ${\ Displaystyle V_ {\ Phi x}}$ $V_{\Phi }<c$

Además, la velocidad de fase ya lo largo de la dirección del vector de onda suele ser mayor que c . Por ejemplo, esto es cierto para la velocidad de fase de la función de onda de partículas masivas ( ondas de De Broglie ). La velocidad de fase de las ondas electromagnéticas también puede ser superior a c : por ejemplo, el plasma tiene un índice de refracción inferior a la unidad. La velocidad de fase de tales ondas, de acuerdo con los conceptos modernos, no solo no tiene nada que ver con la velocidad de la señal que se puede transmitir usando una partícula dada, sino que no corresponde en absoluto a ningún movimiento fundamentalmente observable en el espacio. La velocidad de las partículas en este caso corresponde a la velocidad de grupo , que para partículas masivas es siempre menor que c .

Dado que la velocidad de fase no es más que una cantidad matemática que caracteriza la fase de una onda puramente monocromática a lo largo de una dirección determinada [16] , el movimiento de la fase de la onda en el caso general no coincide con el movimiento de algunos (relacionados causalmente) objeto material y no puede ser utilizado para transmitir información. En varios casos específicos, un análisis cuidadoso establece este hecho. La tasa de transmisión de una señal capaz de transportar información, por regla general, está determinada por la velocidad del grupo .

Movimiento a una velocidad superior a la de la luz en un medio

Tal movimiento no es un movimiento superlumínico (ver la definición del término ).

La velocidad de la luz en un medio siempre es menor que la velocidad de la luz en el vacío. Por lo tanto, los objetos físicos pueden moverse en un medio a una velocidad mayor que la velocidad de la luz en ese medio, pero menor que la velocidad de la luz en el vacío. Esto sucede, por ejemplo, en el refrigerante de un reactor nuclear, cuando los electrones, eliminados por los cuantos gamma de sus órbitas, pasan a través del agua a una velocidad mayor que la velocidad de la luz en el agua. En este caso, siempre surge la radiación de Vavilov-Cherenkov [6] .

Relatividad general

La expansión del universo

En la relatividad general , los cuerpos puntuales se describen mediante líneas universales en un espacio-tiempo pseudo- euclidiano curvo de 4 dimensiones . Por lo tanto, en términos generales, no es posible atribuir -de manera canónica- a un cuerpo distante ninguna "velocidad relativa al observador". Sin embargo, en algunos casos físicamente importantes, esto todavía se puede hacer debido a la presencia de tiempo "asignado", "preferido". En particular, en el universo Friedmanniano, el tiempo en un evento puede ser considerado como el tiempo propio de la galaxia ubicada en , que ha transcurrido desde el Big Bang . $\tau$ $pags$ $pags$

Entonces, la distancia en el momento entre dos galaxias y (denotadas por sus líneas de mundo) se puede llamar la distancia entre los puntos y , medida en el espacio riemanniano tridimensional . En consecuencia, la velocidad de recesión de estas dos galaxias se llama la cantidad $yo$ $\tau_{0}$ ${\ estilo de visualización \ gamma _ {1} (\ tau)}$ ${\ estilo de visualización \ gamma _ {2} (\ tau)}$ ${\ estilo de visualización \ gamma _ {1,2}}$ ${\ estilo de visualización \ gamma _ {1} (\ tau _ {0})}$ ${\ estilo de visualización \ gamma _ {2} (\ tau _ {0})}$ ${\ estilo de visualización \ tau = \ tau _ {0}}$

U(\tau)\equiv\frac{d }{d \tau}l(\tau)

( Diferente a lo definido en el apartado " Determinación de la velocidad superlumínica de un punto material "). resulta $tu$ $v$ [ aclarar ] El universo se está expandiendo en el sentido de que la distancia entre las galaxias así definida crece con el tiempo. Además, según la ley de Hubble , las galaxias distantes que se encuentran a una distancia mayor que (donde la constante de Hubble es igual a 67,80 ± 0,77 (km/s)/Mpc [17] ) se alejan unas de otras a una velocidad superior a la de luz ${\ estilo de visualización c/H}$ $H$ $tu$

Agujero de gusano

Burbuja de Alcubierre

En 1994, Miguel Alcubierre propuso utilizar un tipo especial de curvatura del espacio-tiempo para el movimiento superlumínico. En la métrica que propuso [18] , el espacio es plano en todas partes, excepto en las paredes de alguna burbuja, que se mueve más rápido que la luz en el espacio externo de Minkowski . En este caso, resulta (debido a la geometría inusual de las paredes de la burbuja) que la línea del mundo del centro de la burbuja sigue siendo temporal. Por lo tanto, un piloto que consiste en materia ordinaria puede, sentado en el centro de tal burbuja, moverse en cierto sentido (ya que la burbuja misma y el espacio dentro de ella, y no los objetos en ella) se mueven más rápido que la luz [19] .

Entre una serie de dificultades teóricas que ha encontrado esta idea, una es que las paredes de la burbuja también deben moverse más rápido que la luz, pero en el sentido local habitual. Por lo tanto, la burbuja de Alcubierre debe crearse con anticipación : su movimiento no depende del piloto.

Otro problema es la necesidad de crear para tal motor áreas del espacio con una densidad de energía negativa, correspondientemente llenas de " materia exótica ". Hasta la fecha, solo se ha confirmado experimentalmente un ejemplo de tal sustancia: este es el vacío Casimir , cuya producción a escala macroscópica para crear el motor Alcubierre fue considerada por Charles Ridgley [20] .

En 2021, Alexey Bobrik y Gianni Martir generalizaron la idea del impulso warp de Alcubierre a una clase más amplia de distorsiones del espacio-tiempo y demostraron que, en teoría, la carcasa del impulso warp puede estar hecha de materia ordinaria [21] .

La trompeta de Krasnikov

En 1995, Sergei Krasnikov propuso un mecanismo hipotético para el movimiento superlumínico asociado con la curvatura del espacio-tiempo en túneles especialmente creados [22] . La estructura resultante es similar a los agujeros de gusano , pero no requiere un cambio en la topología del espacio. A diferencia de la burbuja de Alcubierre, el tubo de Krasnikov es adecuado para la primera expedición a un objetivo distante, ya que se crea (usando tecnología hipotética) cuando un barco ordinario se mueve casi a la velocidad de la luz. En el futuro, el viajero tiene la oportunidad de regresar a través de la tubería al punto de partida en el momento inmediatamente posterior a su partida [19] [23] .

Mecánica cuántica

El principio de incertidumbre en la teoría cuántica

En física cuántica, los estados de las partículas se describen mediante vectores espaciales de Hilbert , que determinan solo la probabilidad de obtener ciertos valores de cantidades físicas durante las mediciones (de acuerdo con el principio de incertidumbre cuántica ). La representación más conocida de estos vectores son las funciones de onda , cuyo módulo al cuadrado determina la densidad de probabilidad de encontrar una partícula en un lugar determinado. Resulta que esta densidad puede moverse más rápido que la velocidad de la luz (por ejemplo, al resolver el problema del paso de una partícula a través de una barrera de energía ), pero el efecto de superar la velocidad de la luz se observa solo a distancias pequeñas. En virtud del principio de identidad , es imposible decir si estamos observando la misma partícula o su copia recién nacida. En su conferencia Nobel en 2004, Frank Wilczek hizo el siguiente argumento [24] :

Imagine una partícula moviéndose a una velocidad promedio muy cercana a la velocidad de la luz, pero con tanta incertidumbre en la posición como requiere la teoría cuántica. Obviamente, habrá una cierta probabilidad de observar que esta partícula se mueve algo más rápido que el promedio, y por lo tanto más rápido que la luz, lo que contradice la teoría especial de la relatividad. La única forma conocida de resolver esta contradicción requiere la idea de antipartículas. A grandes rasgos, la incertidumbre requerida en la posición se logra asumiendo que el acto de medir puede implicar la formación de partículas, cada una indistinguible de la original, con arreglos diferentes. Para mantener un equilibrio de números cuánticos conservados, las partículas adicionales deben ir acompañadas del mismo número de antipartículas. ( Dirac llegó a la predicción de las antipartículas a través de una serie de ingeniosas interpretaciones y reinterpretaciones de la elegante ecuación de onda relativista que derivó, más que a través de consideraciones heurísticas como la que he dado. La inevitabilidad y generalidad de estas conclusiones, así como su efecto directo relación con los principios básicos de la mecánica cuántica y la relatividad especial sólo se hizo evidente en retrospectiva).

Texto original (inglés)[ mostrarocultar] Imagine una partícula moviéndose en promedio a casi la velocidad de la luz, pero con una posición incierta, como lo requiere la teoría cuántica. Evidentemente, habrá alguna probabilidad de que la observación de esta partícula se mueva un poco más rápido que el promedio y, por lo tanto, más rápido que la luz, lo que la relatividad especial no permite. La única forma conocida de resolver esta tensión pasa por introducir la idea de antipartículas. En términos muy generales, la incertidumbre requerida en la posición se acomoda al permitir la posibilidad de que el acto de medición pueda implicar la creación de varias partículas, cada una indistinguible de la original, con diferentes posiciones. Para mantener el equilibrio de los números cuánticos conservados, las partículas adicionales deben ir acompañadas de un número igual de antipartículas. (Dirac llegó a predecir la existencia de antipartículas a través de una secuencia de ingeniosas interpretaciones y reinterpretaciones de la elegante ecuación de onda relativista que inventó, en lugar de un razonamiento heurístico del tipo que he presentado. La inevitabilidad y generalidad de sus conclusiones, y su relación directa con los principios básicos de la mecánica cuántica y la relatividad especial, solo son claros en retrospectiva). —Frank Wilczek

Este fenómeno es de naturaleza probabilística y no puede utilizarse para transmitir información a una velocidad superlumínica.

En la teoría de la perturbación de la teoría cuántica de campos, el análogo de la descripción de la propagación de partículas de la física clásica es el propagador del campo correspondiente. Describe la amplitud de probabilidad para la propagación de una partícula que nace en un punto a otro, donde es aniquilada. Aquí debemos distinguir entre dos posibilidades:

para partículas virtuales que nacen y se destruyen en el proceso de interacción, son posibles velocidades superlumínicas; Richard Feynman en sus conferencias expresó esto de la siguiente manera [25] [26] [27] :

… para la radiación electromagnética también existe una amplitud de probabilidad [distinta de cero] para viajar más rápido (o más lento) que la velocidad ordinaria de la luz. Viste en la lección anterior que la luz no siempre se mueve en línea recta; ¡ahora verás que no siempre se mueve a la velocidad de la luz! Puede parecer sorprendente que haya una amplitud [distinta de cero] para que un fotón viaje más rápido o más lento que la velocidad normal de la luz c

Texto original (inglés)[ mostrarocultar] … también hay una amplitud para que la luz vaya más rápido (o más lento) que la velocidad convencional de la luz. Descubriste en la última lección que la luz no solo va en línea recta; ¡ahora descubres que no va sólo a la velocidad de la luz! Puede que te sorprenda que hay una amplitud para que un fotón vaya a velocidades más rápidas o más lentas que la velocidad convencional, c — Richard Feynman, premio Nobel de física de 1965.

para las partículas reales que existen en el estado final o existieron en el estado inicial, las velocidades superlumínicas están prohibidas.

Pero las partículas virtuales no pueden transmitir información, y las partículas observadas en el estado final e inicial son ordinarias, además, no interactúan entre sí (ver S-matrix ), por lo que sus propagadores desaparecen fuera del cono de luz. Por lo tanto, en la teoría cuántica de campos, tampoco hay velocidades superlumínicas que puedan usarse para la comunicación superlumínica.

No localidad cuántica

La propiedad de no localidad de la teoría cuántica provoca la existencia de correlaciones entre los estados de los subsistemas entrelazados del sistema original, sin importar cuán separados estén. Por lo tanto, es posible determinar instantáneamente el estado cuántico en un lugar a cualquier distancia midiendo el estado entrelazado con él en otro lugar y, en consecuencia, su transmisión a una velocidad infinita : teletransportación cuántica . Sin embargo, para una medición libre de errores de un estado cuántico, se requiere información clásica sobre la base de medición, que debe transmitirse a través de un canal de comunicación clásico, naturalmente, a una velocidad que no exceda la velocidad de la luz (para más detalles, consulte el artículo principal ). Aunque se puede adivinar una base adecuada para una sola medición, para la comunicación superlumínica y la teletransportación sin errores de una serie de estados cuánticos, no se puede utilizar ese enfoque. Por lo tanto, la teletransportación cuántica es imposible a una velocidad superior a la de la luz. El fenómeno de la no localidad cuántica no contradice el principio de causalidad en SRT .

Hipótesis

Partículas superlumínicas

Partículas hipotéticas taquiones [28] , si existen, pueden moverse más rápido que la luz. No pueden transmitir información, de lo contrario su presencia sería contraria al principio de causalidad .

En la interpretación de la teoría especial de la relatividad , si consideramos la energía y el momento como números reales , el taquión se describe mediante una masa imaginaria . La velocidad de un taquión no puede ser inferior a la velocidad de la luz, ya que en este caso la energía aumentaría infinitamente.

Las transformaciones de Lorentz en el espacio-tiempo euclidiano con un eje de tiempo imaginario X 0 = icT en V > c transforman una partícula en su correspondiente antipartícula, moviéndose a una velocidad sublumínica con 2 /V [29] . Para V > c, la velocidad de fase se convierte en una velocidad de grupo, menor que la velocidad de la luz; esta hipótesis elimina el problema de violar la causalidad.

Es necesario distinguir entre taquiones (siempre moviéndose más rápido que la luz y representando simplemente partículas puramente clásicas o un tipo bastante específico de excitación del campo de taquiones) y campos de taquiones (igualmente hipotéticos). El hecho es que el campo de taquiones (otros tipos de sus excitaciones), en principio, puede transportar energía e información, sin embargo, hasta donde se sabe, este tipo de excitaciones ya no se propagan más rápido que la luz.

Esta observación es apropiada, ya que generalmente en el uso de palabras no distinguen entre el campo y la partícula correspondiente (ya que para campos / partículas ordinarias, no taquiónicas, no hay razones serias para tal distinción, ya que las partículas ordinarias no tienen un imaginario). sector energético, y los campos no tienen un sector de inestabilidad; incluso si hay un área de inestabilidad, generalmente, además de ella, también hay puntos de equilibrio estable / indiferente - "condensado" - ver condensación de taquiones ).

En algunos[ ¿Qué? ] variantes de la teoría de cuerdas , un taquión aparece en el espectro de masas de partículas . Sin embargo, tales modelos, por regla general, se reconocen como no físicos, lo cual es la base para cambiar la teoría correspondiente. Sin embargo, incluso después del cambio, tales teorías pueden continuar conteniendo el término "taquión" en su descripción y algunas de las propiedades de las teorías con un campo de taquiones.

También se consideró teóricamente la posibilidad de la presencia de velocidades superlumínicas en algunos tipos de neutrinos [30] .

Efecto Scharnhorst

La velocidad de las ondas depende de las propiedades del medio en el que se propagan. La teoría especial de la relatividad establece que es imposible acelerar un cuerpo masivo a una velocidad superior a la velocidad de la luz en el vacío. Al mismo tiempo, la teoría no postula ningún valor particular para la velocidad de la luz. Se mide experimentalmente y puede variar según las propiedades del vacío . Para un vacío cuya energía es menor que la energía de un vacío físico ordinario , la velocidad de la luz teóricamente debería ser mayor [31] [32] , y la velocidad de transmisión de señal máxima permitida está determinada por la densidad máxima posible de energía negativa [31] ] . Un ejemplo de tal vacío es el vacío de Casimir , que se vuelve perceptible en rendijas delgadas y capilares de menos de 10 nanómetros de tamaño (diámetro) (alrededor de cien veces el tamaño de un átomo típico ). El efecto se explica por una disminución en el número de partículas virtuales en el vacío de Casimir, que, presumiblemente, al igual que las partículas de un medio continuo, ralentizan la propagación de la luz. Los cálculos realizados por Klaus Scharnhorst indican que la velocidad de la luz en el vacío de Casimir supera la del vacío ordinario en 1 × 10 −24 para un espacio de 1 nm de ancho. También se demostró que exceder la velocidad de la luz en un vacío de Casimir no viola el principio de causalidad [31] . El exceso de la velocidad de la luz en el vacío de Casimir, en comparación con la velocidad de la luz en el vacío ordinario, aún no ha sido confirmado experimentalmente debido a la extrema complejidad de medir este efecto [31] .

Teorías con la variabilidad de la velocidad de la luz en el vacío

En la física moderna, existen hipótesis según las cuales la velocidad de la luz en el vacío no es constante y su valor puede cambiar con el tiempo [33] [34] [35] . En la versión más común de esta hipótesis, se supone que en las etapas iniciales de la vida de nuestro Universo, el valor de la constante (la velocidad de la luz) era mucho mayor que ahora. En consecuencia, en el pasado, la materia podía moverse a una velocidad significativamente superior a la velocidad moderna de la luz. Estas hipótesis, sin embargo, todavía están llenas de contradicciones internas y requieren una revisión más profunda de la mayor parte de la física moderna para deshacerse de esto. [36] $C$

Superbradión

Superbradyon ( inglés superbradyon ) es una partícula elemental hipotética que puede moverse a una velocidad superior a la de la luz , pero a diferencia de los taquiones , pueden tener valores reales positivos de masa y energía . Los superbradiones pueden ser un nuevo tipo de partículas existentes que en realidad se mueven más rápido que la luz y son capaces de transmitir información a velocidades superlumínicas, violando así el principio de causalidad .

El término "superbradion" [37] , así como la posibilidad de su existencia [38] [39] , fue propuesto por el físico español Luis González-Mestres como antónimo del término " bradion " (tardion). La relevancia del trabajo de González-Mestres sobre la ruptura de la simetría de Lorentz fue reconocida en 2002 por CERN Courier [40] y The New York Times [ 41] . Ya en 1997, su trabajo fue citado por Sidney Coleman y Sheldon Glashow [42] .

A diferencia de los taquiones, que se describen en términos de relatividad especial , los superbradiones violan claramente la invariancia de Lorentz . Son similares a las partículas regulares (bradiones), pero con una velocidad crítica más alta en el vacío . La velocidad crítica de los superbradiones puede ser significativamente mayor que la velocidad de la luz . Esto implica que la simetría estándar de Lorentz no es una simetría fundamental, sino solo su límite de baja energía. [43] $c_s$ $c_s$ $C$

Energía y cantidad de movimiento del superbradión:

E=\raíz cuadrada{p^2+m^2 c_s^2},

p=\frac{mv}{\sqrt{1-\cfrac{v^2}{c_s^2}}},

dónde

$metro$ es la masa del superbradión,
$v$ es la velocidad del superbradión ( ), $v\leqslant c_s$
$c_s$ es la velocidad crítica del grupo superbradiónico de Lorentz ( ). $c_s\gg c$

Según González-Mestres, los superbradiones pueden ser los principales constituyentes de la materia en y más allá del límite de Planck .

Hasta la fecha, no se han descubierto fenómenos que puedan confirmar la existencia de superbradiones, pero si los superbradiones pueden existir en nuestro Universo como partículas libres, entonces pueden emitir espontáneamente partículas "ordinarias", convirtiéndose en fuentes de rayos cósmicos superenergéticos y dejar de emitir cuando su velocidad se vuelve menor o igual a la velocidad de la luz. Por lo tanto, el Universo puede contener muchas de estas partículas superlumínicas con velocidades cercanas a la velocidad de la luz. Los superbradiones también pueden proporcionar un nuevo enfoque para la inflación , la materia oscura y la energía oscura [44] [45] .

En experimentos

Colaboración con OPERA

El 23 de septiembre de 2011, la colaboración OPERA anunció en una conferencia en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) que durante un experimento en el laboratorio subterráneo de Gran Sasso (Italia), se obtuvieron datos según los cuales una partícula subatómica de neutrino puede moverse a una velocidad superior a la velocidad de la luz en 25 ppm (0,0025 %) [46] . El procesamiento estadístico de 16 111 eventos [46] en el detector asociado con el registro de neutrinos muónicos que vuelan 731 278 m [46] desde el CERN hasta Gran Sasso muestra que, en aparente contradicción con la teoría de la relatividad [47] , los neutrinos con un promedio energía de 28,2 GeV [46] recorre esta distancia 61,1 nanosegundos [46] más rápido que la luz. El error estadístico y sistemático estimado por los autores es 6 veces menor que este valor. Así, la velocidad de un neutrino con una energía dada excedía la velocidad de la luz en el vacío en unos 7,5 km/s . La dependencia energética de la velocidad del neutrino no se encontró dentro de la precisión del experimento [48] .

En mayo de 2012, OPERA llevó a cabo una serie de experimentos de control y llegó a la conclusión final de que la razón de la suposición errónea sobre la velocidad superlumínica era un defecto técnico (un conector de cable óptico sin torcer provocó un retraso excesivo en los circuitos de sincronización de tiempo entre el GPS y la instalación) [49] [50] [ 51] [52] .

Al volver a verificar los datos en un experimento de precisión en la primavera de 2012, la colaboración llegó a la conclusión de que la velocidad de un neutrino puede diferir de la velocidad de la luz en no más de $v_{\nu}$

-1,8 \cdot 10^{-6} < \frac{v_{\nu}-c}{c} < 2,3 \cdot 10^{-6}

(90% intervalo de confianza ) [53] .

Colaboración ICARUS

En marzo de 2012, se llevaron a cabo mediciones independientes en el mismo túnel y no se detectaron velocidades de neutrinos superlumínicos [54] . Se registraron siete eventos de neutrinos el 31 de octubre, 1, 2 y 4 de noviembre. Según el análisis de la colaboración ICARUS , la desviación media de estos siete eventos fue de solo +0,3 ns desde la llegada de la luz calculada [55] . ICARUS está equipado con una herramienta de cronometraje independiente de OPERA [56] .

Experimentos con la limitación de la velocidad de los pulsos de luz

Se están estudiando activamente métodos que utilizan los efectos de la interferencia cuántica para controlar las propiedades ópticas de los sistemas cuánticos [57] . En 1999, durante los experimentos realizados por la Universidad de Harvard , fue posible reducir la velocidad de propagación de los pulsos de luz a 17 m/s en gas de sodio ultrafrío aumentando la densidad de los átomos [58] . En 2003, durante el trabajo conjunto del Instituto de Automatización y Electrometría de la Rama Siberiana de la Academia Rusa de Ciencias y el Instituto de Física de la Academia Nacional de Ciencias de Ucrania , utilizando el efecto de la interacción de dos ondas en una rejilla fotorrefractiva. , fue posible reducir la velocidad de los pulsos de luz a 0,025 cm/s [59] . En 2005, KAIST consiguió reducir la velocidad de los pulsos de luz utilizando la dispersión estimulada de Mandelstam-Brillouin [60] .

FTL en la ciencia ficción

Véase también

Notas

↑ 1 2 Acerca de los "conejitos" superlumínicos . Consultado el 8 de septiembre de 2020. Archivado desde el original el 16 de enero de 2021. (indefinido)
↑ ¿Es posible la velocidad superlumínica? . Consultado el 8 de enero de 2017. Archivado desde el original el 10 de noviembre de 2017. (indefinido)
↑ ¿Qué es más rápido que la luz en nuestro mundo? Parte I (enlace no disponible) . Consultado el 26 de mayo de 2016. Archivado desde el original el 29 de junio de 2020. (indefinido)
↑ Sobre la posibilidad de utilizar "puntos" superlumínicos de rayos X para comprobar la isotropía de la velocidad de la luz . Consultado el 8 de enero de 2017. Archivado desde el original el 20 de septiembre de 2017. (indefinido)
↑ Landau L. D. , Lifshitz E. M. Teoría de campos. — Edición 6, corregida y complementada. — M .: Nauka , 1973. — 504 p. - (" Física Teórica ", Tomo II).
↑ 1 2 3 4 Bolotovsky B. M., Ginzburg V. L. El efecto Vavilov-Cherenkov y el efecto Doppler cuando las fuentes se mueven más rápido que la velocidad de la luz en el vacío // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Academia Rusa de Ciencias , 1972. - T. 106 , No. 4 . - S. 577-592 . Archivado desde el original el 25 de septiembre de 2013. (Ruso)
↑ Peter Makovetski . ¡Mira la raíz! Archivado el 4 de noviembre de 2017 en Wayback Machine .
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Enlaces

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partículas superlumínicas
Física teórica
Artículos de divulgación científica