Tachyon

En physique des particules, on nomme tachyon une particule qui, si elle existait, se déplacerait à une vitesse supraluminique, c'est-à-dire supérieure à celle de la lumière. Formellement, on peut la voir comme une particule qui aurait une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution...) au repos imaginaire. Un tel type de particule n'a cependant pas de réalité physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) et est plutôt une indication (Une indication (du latin indicare : indiquer) est un conseil ou une recommandation, écrit ou oral.) formelle d'une forme d'instabilité de la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou...) (ce qui peut arriver pour une théorie effective) qui prédit ce type de particule.

Le terme tachyon (En physique des particules, on nomme tachyon une particule qui, si elle existait, se déplacerait à une vitesse supraluminique, c'est-à-dire supérieure à celle de la lumière....) a été pour la première fois utilisé en 1964 par le physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de l'univers et les forces qui les relient. Le mot...) G. Feinberg.[1]

Étymologie

Le mot tachyon vient du grec tachus signifiant rapide.

Description

Un tachyon est une particule sub-atomique dont la vitesse (On distingue :) est toujours supérieure à la vitesse de la lumière (La vitesse de la lumière dans le vide, notée c (pour « célérité », la lumière se manifestant macroscopiquement comme un phénomène...) dans le vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.). Cette propriété est une conséquence du fait que sa masse au repos est décrite par un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) imaginaire pur, alors que son énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) est mesurée par un nombre réel, possibilité autorisée formellement par l'équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement pour poser le problème de leur identité. Résoudre l'équation consiste à déterminer toutes les façons de donner à certaines des quantités...) de la relativité restreinte (On nomme relativité restreinte une première version de la théorie de la relativité, émise en 1905 par Albert Einstein, qui ne considérait pas la question des...)

E = \gamma_{v}mc^2 = \frac{mc^2}{\sqrt{1 - \frac{v^2}{c^2}}}.

Bien sûr ici m représente la masse au repos. L'équation est écrite en admettant qu'on peut écrire un imaginaire pur comme racine carrée (La racine carrée d’un nombre réel positif x est le nombre positif dont le carré vaut x. On le note ou x½; dans cette...) d'un réel négatif.

Dans la théorie quantique des champs (La théorie quantique des champs est l'application des concepts de la physique quantique aux champs. Issue de la mécanique quantique relativiste, dont l'interprétation comme...), si cette particule apparait dans certains calculs elle n'a jamais l'interprétation d'une particule réelle mais est le signe d'une instabilité du vide du modèle considéré. En considérant la même théorie quantique des champs mais développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites normales à la courbe.) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au...) du véritable vide de la théorie le contenu en particules de la théorie est différent et le tachyon disparaît.

Un exemple important d'apparition de tachyon est celui d'une brisure spontanée de symétrie : au delà de la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du...) critique de transition de phase (En physique, une transition de phase est une transformation du système étudié provoquée par la variation d'un paramètre extérieur particulier (température, champ magnétique...).) le paramètre (Un paramètre est au sens large un élément d'information à prendre en compte pour prendre une décision ou pour effectuer un calcul.) d'ordre qui décrit l'état du système acquiert spontanément une valeur non-nulle (comme l'aimantation dans le cas de la transition ferromagnétique par exemple) et si on développe la théorie autour du vide instable (qui était stable avant la transition cependant) alors on voit apparaître un mode tachyonique qui indique que le système tend à évoluer vers l'un des nouveaux vides stables.

Dans le cadre plus avancé de la théorie des cordes (La théorie des cordes est l'une des voies envisagées pour régler une des questions majeures de la physique théorique : fournir une description de la gravité...), la théorie des cordes bosoniques possède une telle instabilité et contient un tachyon dans son spectre développé autour du mauvais vide. Cependant il n'est pas facile de déterminer avec précision le vrai vide de la théorie bosonique[2]. Par contre la théorie des supercordes (La théorie des supercordes est une tentative d'expliquer toutes les particules et forces fondamentales de la nature, en les modélisant comme les vibrations de minuscules cordes supersymétriques. Elle est considérée comme la plus...) qui est la base de travail réaliste pour faire de la phénoménologie ne contient pas de tachyon dans son spectre.

Causalité

Le principe de causalité, jouant un rôle fondamental dans la théorie de la relativité (Cet article traite de la théorie de la relativité à travers les âges. En physique, la notion de relativité date de Galilée. Les travaux d'Einstein en ont fait un important...), s'énonce ainsi: "ni information ni énergie ne peut se déplacer dans un référentiel galiléen (En physique, un référentiel galiléen est un référentiel dans lequel un objet isolé (sur lequel ne s'exerce aucune force ou sur lequel la résultante des forces est nulle) est...) à une vitesse supérieure à la vitesse causale."

Or la vitesse causale est justement la vitesse limite que le tachyon dépasse (même si la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à...) elle-même était plus lente (La Lente est une rivière de la Toscane.) que la vitesse causale, la définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.) du tachyon est de se déplacer plus vite que la vitesse limite, pas la vitesse de la lumière). Pourtant, Gerald Feinberg a présenté un mécanisme expliquant comment l'existence du tachyon, et même la possibilité de fabriquer des détecteurs de tachyons, ne violerait pas la causalité. En effet, en utilisant les formules de changement de référentiel de la mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission,...) relativiste, on constate que pour tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) tachyon, il existe des référentiels dans lesquels il se déplace plus vite que la lumière, mais sans remonter le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), et d'autres dans lesquels il remonte le temps.

Il faut ici comprendre que les deux types de référenciels sont en translation chacun par rapport aux autres, sans qu'aucun ne se déplace plus vite que la lumière par rapport à un autre. Les particules classiques sont plus lentes que la lumière dans tous ces référentiels, et les luxons vont à la même vitesse dans tous les référentiels.

Les tachyons, ne peuvent être que supraluminiques, mais peuvent aller vers le passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble des configurations successives du monde et s'oppose au futur sur une...) ou le futur. Or si l'on fabriquait un détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de la situation pour lequel il a été...) de tachyons, il ne percevrait le tachyon qu'au moment de la collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) du tachyon et du détecteur, et ne saurait donc si le tachyon vient du passé ou du futur. Autrement dit un détecteur de tachyons est aussi bien un émetteur de tachyons, et émettre des tachyons d'un appareil à l'autre ne peut servir à transmettre un message (La théorie de l'information fut mise au point pour déterminer mathématiquement le taux d’information transmis dans la communication d’un message par un canal de communication, notamment en présence...), puisque le récepteur ne distinguera pas les tachyons qu'il reçoit de ceux qu'il émet lui-même. Même si les tachyons existent, ils ne permettent de transmettre ni information ni énergie plus vite que la lumière.

Il est donc inutile de faire intervenir des boucles de causalité pour résoudre les paradoxes posés par le voyage (Un voyage est un déplacement effectué vers un point plus ou moins éloigné dans un but personnel (tourisme) ou professionnel (affaires). Le voyage s'est considérablement développé et démocratisé, au cours du XXe siècle avec...) dans le temps des tachyons.

Image:Tachyon03.gif

Dans les œuvres de fiction

Les tachyons sont souvent mentionnés dans l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) de Star Trek dans lequel le voyage dans le temps est possible. Ils apparaissent également pour justifier les voyages ou transmissions supraluminiques dans Hypérion de Dan Simmons et dans Fondation foudroyée d'Isaac Asimov (Isaac Asimov, né vers le 2 janvier 1920 à Petrovitchi en Russie et mort le 6 avril 1992 à New York aux États-Unis, est un écrivain américain, naturalisé en 1928,...). La génération d'ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) tachyon est également à la base des voyages interstellaires dans le jeu vidéo (La vidéo regroupe l'ensemble des techniques, technologie, permettant l'enregistrement ainsi que la restitution d'images animées, accompagnées ou non de son, sur un support...) Tachyon. Dans K-PAX, un film américain de Iain Softley, le Tachyon est un moyen de transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route,...) pour véhiculer d'une planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en équilibre hydrostatique, c'est-à-dire sous...) à une autre.

D'autres œuvres font intervenir les tachyons sans employer leurs propriétés supraluminiques. Par exemple dans Les X-Men, le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de tachyons a la propriété de trancher n'importe qu'elle matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La...) sauf l'adamantium.

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