Tachyon

Tachyonen (von griechisch tachýs „schnell“) sind hypothetische Teilchen, die sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Diese Teilchen werden als superluminar bezeichnet.

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Tachyonen als theoretische Möglichkeit

Bilaniuk, Deshpande und E.C.G. Sudarshan wiesen 1962 darauf hin, dass es für die Gleichungen der speziellen Relativitätstheorie mehrere Lösungsmöglichkeiten gibt. Eine davon entspricht der ganz normalen 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.

Nach Gerald Feinberg (1967) gehört jedes mögliche Teilchen genau einer von drei Klassen an:

• Tardyonen: Teilchen, die sich (immer) langsamer als mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen
• Luxonen: Teilchen, die sich (immer) mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen
• Tachyonen: Teilchen, die sich (immer) schneller als mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen

Bei ansteigender Geschwindigkeit eines Tachyons verliert es Energie. Geht die Energie gegen 0, wird seine Geschwindigkeit sogar unendlich (transzendenter Zustand). Bei Tardyonen hingegen muss Energie hinzugefügt werden, um eine Geschwindigkeitssteigerung hervorzurufen.

Eigenschaften von Tachyonen

• Ihre Geschwindigkeit ist größer als die Lichtgeschwindigkeit c.
• Imaginäre Ruhemasse, d.h. das Quadrat ihrer Masse ist negativ. Da beobachtbare physikalische Größen wie Energie und Impuls reelle Werte haben müssen, und Tachyonen sich laut Definition mit Überlichtgeschwindigkeit bewegen, ist die Ruhemasse imaginär. Da einer rein imaginären Masse bisher keinerlei physikalische Entsprechung zuzuordnen ist (Masse wird gemessen durch Vergleich mit dem Urkilogramm und ist immer rein reell), sind Tachyonen möglicherweise eine mathematische Kuriosität ohne reale Bedeutung.
• Ein elektrisch geladenes Tachyon müsste immer eine Tscherenkow-Strahlung anregen, da sich das Tachyon immer mit einer höheren Geschwindigkeit als der Lichtgeschwindigkeit des durchquerten Mediums bewegt.
• 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.

Theoretische Beobachtung

Könnte man Tachyonen sehen (bzw. messen), und ginge man gleichzeitig von der Annahme aus, dass diese Teilchen sich schneller als das von ihnen ausgehende Licht fortbewegen würden, sähe man sie erst, wenn sie an einem vorbeigeflogen sind. 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 Blauverschiebung; das des sich entfernenden eine Rotverschiebung.

Kann es tatsächlich Tachyonen geben?

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

Sind Neutrinos Tachyonen?

Seit den 1980ern befassen sich einige Physiker mit dieser These. Eine Möglichkeit, diese These zu belegen oder zu widerlegen, liegt in der direkten Massenbestimmung, z.B. durch Ausmessung der Endpunktenergie beim Tritiumzerfall.

Neueste Messungen (Beobachtung von Neutrinooszillationen) weisen darauf hin, dass Neutrinos jedoch eine von Null verschiedene Ruhemasse besitzen und sich damit stets langsamer als das Licht bewegen.

Tachyonen und Stringtheorie

In der Stringtheorie gibt es viele Modelle, die Tachyonen enthalten. Dies wird von den meisten Fachwissenschaftlern so interpretiert, dass die verbleibenden wenigen Modelle sich durch das Fehlen von Tachyonen als Kandidaten für physikalisch richtige Modelle auszeichnen.

Konsequenzen der rückläufigen Zeit

Falls Wechselwirkungen zwischen den Tachyonen und den Tardyonen nachgewiesen werden könnten, würde dies bedeuten, dass Botschaften aus der Zukunft in die Vergangenheit übermittelt werden könnten. Zeitparadoxa wären die Folgen.

Tachyonen in Esoterik und kommerzielle Anwendungen

Im Internet werden viele Produkte beworben und kommerziell vermarktet, die mit angeblicher „Tachyonen-Energie“ (auch teilweise „Urenergie“ genannt) in unbekannter Weise durchsetzt seien und positive Auswirkungen auf den Träger haben sollen. Bisher konnten solche Behauptungen wissenschaftlich nicht bestätigt werden.

Literatur

• Bilaniuk und Sudarshan, Phys. Today 22,43 (1969)
• Rüdiger Vaas: Tunnel durch Raum und Zeit, Franckh-Kosmos, Stuttgart 2006 (2. Aufl.), ISBN 3440093603 (mit einem ausführlichen Kapitel über Tachyonen)

Video

• Real Video: Was sind Tachyonen? - Aus der Sendung Alpha Centauri des Bayerischen Rundfunks