Sono stati chiamati "tachioni" (dal vocabolo greco che significa veloce) oggetti che viaggiano, rispetto a noi, a velocità superiori a quella della luce. Tali oggetti vengono chiamati più tecnicamente "di tipo spazio" o, secondo l'uso moderno, "oggettisuperluminali". Vengono detti "bradioni", invece, gli usuali oggetti con velocita` inferiore a quella della luce.
Affrontiamo ora due quesiti di particolare importanza:

A) Possono esistere?

La velocità c della luce nel vuoto ha il carattere del tutto unico di essere una velocità invariante ovvero di avere lo stesso valore per qualsiasi osservatore inerziale (anche per chi corresse incontro alla luce, o tentasse di fuggire da essa); e ciò è conseguenza del fatto, sperimentalmente verificato, che la velocità c della luce non dipende da quella della sua sorgente. È proprio la caratteristica di essere invariante che rende la velocità della luce del tutto eccezionale; nessun bradione, e nessun tachione - ci dice la più semplice teoria, che è quella della Relatività Speciale (RS) - potrà godere della medesima proprietà!

Secondo la Relatività Speciale la velocità della luce risulta essere anche una velocità limite: ma ogni valore limite possiede due lati, due fianchi e vi ci si può avvicinare, a priori, sia da sinistra, sia da destra...
Spieghiamoci meglio: la teoria della RS, pure abbondantemente verificata, può essere costruita sui due naturali postulati:

(i) che le leggi fisiche valgano non solo per un osservatore particolare, ma per tutta la classe degli osservatori "inerziali";

(ii) che spazio e tempo siano omogenei e lo spazio sia inoltre isotropo.

È proprio da questi due semplici postulati che discende (come si è già detto) il principio secondo il quale può esistere una e una sola velocità invariante.

Un'altra (nota) conseguenza dei nostri due postulati è che l'energia totale di una comune particella cresce al crescere della sua velocità v, tendendo all'infinito quando v tende a c. Quindi occorrerebbero forze infinite per far raggiungere a un bradione la velocità della luce: ciò ha generato la convinzione che la velocità c non possa essere né raggiunta né superata. Però, come esistono le particelle di luce, i fotoni, che nascono, campano e muoiono sempre alla velocità della luce (senza mai avere avuto bisogno di accelerare per raggiungerla), così potrebbero esistere particelle, i tachioni, che viaggiano sempre a velocità v maggiori di c. Questa circostanza è stata pittorescamente illustrata da George Sudarshan:

"Supponiamo che un demografo che studi i popoli dell'India, se ne esca con l'ingenua affermazione che non c'è nessuno a Nord dell'Himalaya, dato che mai alcuno è riuscito a valicare tali montagne. Questa sarebbe una conclusione assurda. I popoli dell'Asia Centrale sono nati e vivono al di là dell'Himalaya: essi non hanno avuto bisogno di nascere in India e poi scavalcare i monti. Analogamente per le particelle più veloci della luce"

Un altro grosso ostacolo all'esistenza di tachioni è che, secondo molti, essi potrebbero essere usati per mandare segnali all'indietro nel tempo, e magari... per uccidere i nostri nonni prima che possano generare i nostri genitori: cosa ovviamente inaccettabile. Esaminando accuratamente la RS, ci si avvede però che essa può essere estesa, senza cambiare quei due postulati, in modo da inglobare anche gli oggetti superluminali; in tale Relatività Estesa i paradossi causali come il precedente vengono risolti. Scompaiono, perchè si trova che, invero, neanche coi tachioni si possono inviare segnali verso il passato.

L'esame dei paradossi causali è molto divertente (più dei giochi enigmistici...), ma non possiamo qui fare altro che rinviare alla bibliografia, scelta tra quella poco tecnica, ovvero tra quella (scarsa) semi-divulgativa e, quando possibile, in italiano.

B) Qual è la situazione sperimentale?

Almeno quattro serie di differenti osservazioni sperimentali potrebbero indicare l'effettiva esistenza di moti a velocità maggiori di quella della luce. Ma due sono controverse e ammettono a priori spiegazioni alternative più ortodosse. Comunque dal 1971 ci sono indicazioni che suggeriscono che:

a) potrebbero essere superluminali i neutrini;

b) potrebbero avere luogo espansioni superluminali al centro di quasar extragalattici e, in misura ancora maggiore, al centro dei cosiddetti micro-quasar della nostra galassia (tra l'altro, un buco nero, se i buchi neri esistono, potrebbe a priori emettere materia superluminale).

Lasciamo da parte questi due settori riguardo i quali la grande maggioranza dei fisici non accetta l'interpretazione tachionica. Veniamo invece a due altri settori in cui tutti gli esperti concordano nel dire di trovarsi di fronte a velocità di gruppo superluminali:

c) Per le equazioni di Maxwell (le quali sono certamente in accordo con la RS), e per qualsiasi equazione d'onda, si sono trovate soluzioni che rappresentano impulsi localizzati (simili ai noti solitoni) che viaggiano con "velocità di gruppo" da zero all'infinito. Le più interessanti, anche dal punto di vista applicativo, sono risultate quelle a forma di X, predette dalla scuola italiana fin dal 1980. Gli impulsi a forma di X hanno velocità superluminali (o supersoniche, nel caso non elettromagnetico ma acustico). Dopo essere state costruite matematicamente, sono state prodotte sperimentalmente, nell'ultima dozzina d'anni. In acustica sono state prodotte nel 1992 da Lu et al. (che ebbero il premio della IEEE di quell'anno), in ottica nel 1997 da Saari et al., e nel settore delle microonde nel 2000 da Ranfagni, Mugnai e Ruggeri. I risultati del 1997 e del 2000 sono apparsi sul Physical Review Letters, la rivista di fisica di maggiore prestigio. Si tratta però, come si stava dicendo, non tanto di oggetti o particelle comuni quanto, ad esempio, di impulsi di onde elettromagnetiche: di gruppi di onde di luce! (Un commento su Nature fu intitolato "Luce più veloce della luce?").

Su tali argomenti oramai si tengono congressi nelle migliori università (per esempio, presso l'Università della California di Santa Barbara). Tali onde localizzate vengono inoltre studiate per le loro straordinarie possibilità applicative. Usando "onde a forma di X acustiche", si è infatti già prodotto il prototipo di un ecografo che fornisce direttamente, e con alta definizione, l'immagine tridimensionale di un organo in movimento come il cuore;

d) Infine, si è trovato teoricamente e sperimentalmente che velocità superluminali si incontrano nei fenomeni di tunnelling sia quantistico sia classico (nel secondo caso si parla di "onde evanescenti").Anche di questo non abbiamo qui lo spazio per parlarne con dettaglio. Sia la Meccanica Quantistica (MQ), sia la RS predicono però, ancora una volta, velocita` superluminali, che sono state sperimentalmente osservate da molti gruppi: i più importanti sono quello di Colonia (Nimtz et al., 1992-1994), di Berkeley (Chiao, Steinberg, et al., 1993), e di Princeton (Wang et al., 2000), con importanti contributi italiani anche dal punto di vista sperimentale. Ad esempio, recentemente la scuola italiana ha predetto degli effetti ancora più vistosi, che sono stati verificati da Longhi et al. presso il Politecnico di Milano.

BIBLIOGRAFIA:

1) E.Recami: Piu' veloci della luce? Una panoramica sui risultati sperimentali, in Il Nuovo Saggiatore, vol.17(1-2) (2001), pp.21-29.

2) Recami E. e Fracastoro Decker M.: I Tachioni, in Il Nuovo Saggiatore, vol.2(3) (1986), pp. 20-29.

3) Recami E.: I Tachioni, in Annuario '73, Enciclopedia EST-Mondadori, a cura di E.Macorini (Mondadori; Milano, 1973), pp.85-94.

4)Recami E., Tachyon Mechanics and Causality; A Systematic Thorough Analysis of the Tachyon Causal Paradoxes, in Foundations of Physics, vol.17 (1987), pp.239-296.

5) E.Recami: Classical Tachyons and Possible Applications, Rivista del Nuovo Cimento, vol.9, fascicolo monografico n.6 (1986), pp.1-178