Les physiciens suggèrent que les tachyons peuvent être réconciliés avec la théorie de la relativité restreinte

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 qui vient d’être publié dans Examen physique D Des recherches menées par des physiciens de l’Université de Varsovie et de l’Université d’Oxford ont montré que bon nombre de ces préjugés étaient infondés. Les tachyons ne sont pas seulement exclus par la théorie, mais ils permettent de mieux comprendre sa structure causale.

Les mouvements à des vitesses supérieures à celle de la lumière constituent l’un des sujets les plus controversés de la physique. Les particules hypothétiques capables de 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.

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

Entre-temps, un groupe d’auteurs : Jerzy Paczos, qui poursuit son doctorat à l’Université de Stockholm, Kacper Dębski, qui termine 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.

Mélanger le passé et le futur

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 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.

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.