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Táquions, uma variedade misteriosa de partículas hipotéticas capazes de exceder a velocidade da luz, podem desempenhar um papel mais significativo em nossa compreensão do universo e sua estrutura causal do que os cientistas imaginavam anteriormente.
Não apenas foi revelado que os táquions são potencialmente compatíveis com a teoria da relatividade especial de Einstein, mas agora, de acordo com uma colaboração internacional de físicos da Universidade de Varsóvia e da Universidade de Oxford, essas partículas curiosas também podem ajudar a lançar luz sobre questões remanescentes relacionadas à nossa compreensão do mundo quântico.
Excedendo o limite de velocidade universal
Tachyons, cujo nome deriva da palavra grega taquissignificando rápido ou veloz, são teorizados para existir sob condições onde sua velocidade mínima seria a velocidade da luz. Isso efetivamente significa que eles só deveriam ser capazes de viajar em velocidades que excedessem esse limite de velocidade universalmente reconhecido.
Partículas comuns, por comparação, movem-se em velocidades subluminais ou mais lentas que a da luz. Como dita a teoria da relatividade de Einstein, as leis universais da física impedem que qualquer coisa seja capaz de acelerar para a velocidade da luz a partir de uma velocidade mais lenta. O mesmo não é necessariamente verdade para os táquions, no entanto, uma vez que teoricamente eles nascem em velocidades que já excedem a da luz. Portanto, o oposto parece ser o caso para essas partículas incomuns, que hipoteticamente deveriam ser incapazes de desacelerar para a velocidade da luz ou velocidades mais lentas.
A ideia de tais partículas superluminais tem suas origens em estudos teóricos conduzidos na década de 1960 pelo físico Gerald Feinberg. Embora nenhuma evidência experimental tenha confirmado sua existência, uma estrutura teórica de como essas partículas propostas podem vir a ser foi desenvolvida ao longo das décadas, ocasionalmente resultando em alguns paradoxos bastante estranhos.
Entre elas está uma curiosidade que surge de suas velocidades de viagem superluminais, o que indica que os táquions podem efetivamente ser capazes de enviar informações de volta no tempo, dando origem a condições bizarras sob as quais causa e efeito poderiam teoricamente ser revertidos.
No entanto, novas pesquisas estão revelando que, apesar das implicações de sua existência, essas partículas hipotéticas bizarras podem ser compatíveis com a teoria da relatividade especial e também podem ajudar a oferecer aos físicos novos insights significativos sobre a teoria quântica.
As novas descobertas também podem potencialmente derrubar noções antigas sobre a improbabilidade de partículas superluminais, sugerindo que os táquions podem até desempenhar um papel crucial na formação da matéria.
Partículas que não deveriam existir
No passado, os físicos argumentaram que era improvável que os táquions existissem, já que se pensava que seu campo possuía um estado fundamental instável, o que teoricamente levaria às chamadas “avalanches” de partículas. Outro argumento contra a existência de táquions envolve a noção de que mudanças no quadro de referência de um observador também aparentemente mudariam o número de partículas que ele veria. Isso apresenta problemas para os físicos, já que contradiria nossas ideias aceitas sobre como a existência de partículas deve permanecer independente de um observador.
Um obstáculo conceitual final para os táquions também envolve como a energia das partículas superluminais seria presumida como possuindo valores de energia negativos, apresentando mais problemas para os físicos que tentam compreender suas mentes, bem como as teorias existentes, em torno de sua existência.
Em pesquisas recentes de Jerzy Paczos, Kacper Dębski, Szymon Cedrowski, Szymon Charzyński, Krzysztof Turzyński, Andrzej Dragan da Universidade de Varsóvia e Artur Ekert da Universidade de Oxford, a equipe de físicos reconheceu que todos esses desafios aparentes à existência de táquions podem ser derivados de um problema raiz comum.
Fundamentalmente, a equipe concluiu, com base em sua pesquisa, que as condições de contorno que determinam os processos físicos devem ser necessárias para incluir o estado inicial, mas também o estado final do sistema. Permitir que esse entendimento fosse incorporado em sua estrutura teórica levou a equipe a uma descoberta surpreendente: cada uma das restrições previamente reconhecidas sobre a existência de táquions poderia ser resolvida, permitindo que essas partículas hipotéticas se tornassem matematicamente consistentes, apesar de sua estranheza óbvia.
Expandindo o espaço de estado para táquions
No centro do trabalho da equipe está uma abordagem que sugere que, para que a probabilidade de um processo quântico envolvendo táquions seja calculada, tanto o estado inicial passado quanto seu estado final futuro devem ser incorporados.
Incorporando esse entendimento à teoria, os pesquisadores descobriram que todas as dificuldades citadas anteriormente desapareceram, tornando as teorias atuais de táquions matematicamente consistentes. Essa abordagem sugere que, para calcular a probabilidade de um processo quântico envolvendo táquions, deve-se considerar tanto seu estado inicial passado quanto seu estado final futuro.
Andrzej Draganque é especialista em física quântica e relativística e suas peculiaridades, conforme detalhado em seu livro Relatividade Especial Incomumenteobserva que alguns dos paradoxos aparentes que surgem da natureza bizarra dos táquions já são elementos básicos da física, apesar de às vezes soarem mais como ficção científica.
“A ideia de que o futuro pode influenciar o presente em vez do presente determinar o futuro não é nova na física”, diz Dragan. “No entanto, até agora, esse tipo de visão tem sido, na melhor das hipóteses, uma interpretação pouco ortodoxa de certos fenômenos quânticos, e dessa vez fomos forçados a essa conclusão pela própria teoria.”
De acordo com Dragan, abrir espaço para táquions dentro da teoria existente exigia essencialmente que ele e seus colegas primeiro “expandissem o espaço de estados”.
O resultado, conforme descrito no estudo da equipe, marca a primeira vez que a própria teoria exigiu tal visão, resultando em um “espaço de estado” expandido que é matematicamente capaz de acomodar táquions.
Emaranhamento quântico e além
Além de resolver matematicamente a possível existência de táquions, a pesquisa de Dragan e da equipe também levou a possibilidades adicionais, como uma variedade potencialmente nova de emaranhamento quântico que poderia misturar o passado e o futuro, fenômenos que atualmente não são considerados na teoria convencional de partículas.
Tais ideias têm semelhanças com outras descobertas recentes envolvendo como o emaranhamento quântico pode ser capaz de ser usado para influenciar efetivamente os estados passados das partículas, o que pode efetivamente permitir a criação de sensores quânticos capazes do que alguns físicos comparam à viagem no tempo.
De particular intriga é a descoberta de um novo tipo de entrelaçamento quântico, como sugerido na pesquisa de Dragan e seus colegas. Isso pode significar que os táquions podem ser mais do que apenas construções matemáticas e podem potencialmente também ser observados.
Em última análise, os táquions podem ser reconhecidos como componentes essenciais do processo espontâneo de quebra de simetria responsável pela formação da matéria, desempenhando assim um papel importante na estrutura fundamental do universo.
As equipes novo papel“Teoria quântica de campos covariantes de táquions”, foi publicado na revista Revisão Física D em 9 de julho de 2024.
Micah Hanks é o editor-chefe e cofundador do The Debrief. Ele pode ser contatado por e-mail em micah@thedebrief.org. Acompanhe o trabalho dele em micahhanks.com e em X: @MicahHanks.
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