Введение

Тахионная конденсация — это процесс в физике частиц, в котором система может понизить свою потенциальную энергию за счёт спонтанного создания частиц. Конечным результатом является "конденсат" частиц, заполняющий объём системы. Тахионная конденсация тесно связана с фазовыми переходами второго рода.

Технический обзор

Тахионная конденсация — это процесс, в котором тахионное поле, как правило скалярное, с комплексной массой приобретает вакуумное ожидаемое значение и достигает минимума потенциальной энергии. Пока поле тахионно и нестабильно вблизи локального максимума потенциала, оно приобретает неотрицательное значение массы в квадрате и становится стабильным вблизи минимума. Появление тахионов представляет собой потенциально серьёзную проблему для любой теории; примеры тахионных полей, допускающих конденсацию, включают все случаи спонтанного нарушения симметрии. В физике конденсированного состояния ярким примером является ферромагнетизм, а в физике частиц — механизм Хиггса в Стандартной модели, нарушающий электрослабую симметрию.

Эволюция конденсации

Хотя понятие тахионной мнимой массы может показаться проблематичным, поскольку не существует классической интерпретации мнимой массы, сама масса не квантуется. Квантуется, скорее, скалярное поле; даже для тахионных квантовых полей, операторы поля в пространственно-разделенных точках по-прежнему коммутируют (или антикоммутируют), тем самым сохраняя причинность. Следовательно, информация все равно не распространяется быстрее света, и решения растут экспоненциально, но не сверхсветовым образом (нарушения причинности нет). "Мнимая масса" на самом деле означает, что система становится нестабильной. Поле, равное нулю, находится в локальном максимуме, а не в локальном минимуме своей потенциальной энергии, подобно шару на вершине холма. Очень малый импульс (который неизбежно возникает из-за квантовых флуктуаций) приведет к тому, что поле скатится вниз с экспоненциально возрастающими амплитудами к локальному минимуму. Таким образом, тахионная конденсация переводит физическую систему, достигшую локального предела и, как можно было бы наивно предположить, производящую физические тахионы, в альтернативное стабильное состояние, где физических тахионов не существует. Как только тахионное поле достигает минимума потенциала, его кванты перестают быть тахионами и становятся обычными частицами с положительным квадратом массы, такими как бозон Хиггса.

В теории струн

В конце 1990-х годов Ашоке Сен предположил, что тахионы, переносимые открытыми струнами, прикрепленными к D-бранам в теории струн, отражают нестабильность D-бран по отношению к их полному аннигилированию. Полная энергия, переносимая этими тахионами, была вычислена в теории струнных полей; она согласуется с полной энергией D-бран, и все остальные проверки также подтвердили предположение Сена. Таким образом, тахионы стали активно изучаемой областью в начале 2000-х годов. Характер тахионной конденсации закрытых струн более сложен, однако первые шаги к пониманию их судьбы были сделаны Адамсом, Польчински и Сильверштейном в случае скрученных тахионов закрытых струн, а также Симеоном Хеллерманом и Йеном Свонсоном в более широком диапазоне случаев. Судьба тахиона закрытой струны в 26-мерной бозонной теории струн остается неизвестной, хотя недавний прогресс выявил интересные новые результаты.