В проблеме тахионов ситуация совершенно аналогична; окончательное решение вопроса об их существовании может принадлежать только экспериментаторам. Это не значит, однако, что они должны надеяться лишь на то, что им удастся наткнуться на тахионы где-то во Вселенной. Одной из особенностей всех теорий элементарных частиц, использующих теорию относительности, является следующее обстоятельство. В них подразумевается, что если частицы определенного типа вообще существуют, то они могут быть рождены другими частицами, если последние обладают достаточной энергией. Для тахионов условие, связанное с достаточностью энергии, удовлетворить особенно легко: быстрые тахионы обладают очень низкой энергией. Поэтому нетрудно представить себе условия эксперимента, в котором тахионы, если они вообще существуют, могли бы порождаться другими частицами. Единственный неизвестный фактор, кроме самой гипотезы существования тахионов,— это вероятность, с какой они могли бы рождаться. Среди известных частиц вероятности рождения при столкновениях различаются по величине на много порядков. Пионы, например, рождаются довольно легко, тогда как нейтрино — очень трудно. В силу этих обстоятельств положительный результат эксперимента, конечно, подтвердит существование тахионов. Однако отрицательный результат может в лучшем случае установить лишь верхний предел вероятности, с которой тахионы могут быть рождены обычными частицами. Только установление того факта, что эта вероятность во всех изученных процессах оказывается намного меньше вероятности рождения любой другой частицы, могло бы привести к выводу, что тахионы, вероятно, вообще не существуют.

До сих пор были предприняты две попытки экспериментального рождения и обнаружения тахионов. Эти эксперименты были чувствительны к столь различным типам тахионов и в них были использованы столь разные методы обсуждения последних, что имеет смысл обсудить их по отдельности. Первый эксперимент, который был поставлен два года назад в Принстонском университете Торстеном Альвагером и Майклом Н. Крайслером, ставил перед собой целью поиск электрически заряженных тахионов. Как известно, около 35 лет назад было установлено, что электрически заряженные частицы могут рождаться парами при прохождении через вещество ***-квантов (фотонов) высокой энергии. Многие известные сейчас заряженные элементарные частицы были впервые воспроизведены именно таким путем. Отсюда следует, что если электрически заряженные тахионы существуют, то их в принципе можно породить с помощью фотонов. Как отмечалось выше, поскольку тахионы могут иметь нулевую полную энергию, пара заряженных тахионов может быть рождена фотоном любой энергии. В то же время пара обычных заряженных частиц может быть рождена только таким фотоном, который обладает энергией, более чем вдвое превышающей энергию покоя каждой из заряженных частиц.

Допустим теперь, что нам удалось породить заряженные тахионы. Возникает вопрос: как в этом случае можно было бы их обнаружить и отличить от других заряженных частиц, которые могут быть рождены тем же способом, например от электрон-позитронной пары? Самый подходящий способ обнаружения — это использование того факта, что заряженные тахионы должны непрерывно излучать фотоны даже при движении через пустое пространство. Это явление, названное излучением Черенкова по имени русского физика, впервые наблюдавшего его при движении электронов в 1934 г., имеет место тогда, когда заряженный объект движется через вещество со скоростью, превышающей скорость света в данном веществе. Таким образом, электрон, движущийся в стекле со скоростью большей чем 0,7с, будет испускать излучение Черенкова, поскольку скорость света в стекле составляет около 0,7 от ее значения в пустоте. Поскольку скорость тахиона больше скорости света в пустоте, следует ожидать, что тахион должен испускать черенковское излучение даже в вакууме.

Расчеты подтверждают это предположение: свет должен испускаться под характеристическим углом, зависящим только от скорости тахиона (рис. 7.3). Вычисления также показывают, что тахион с зарядом, равным заряду электрона, должен терять энергию за счет излучения Черенкова невероятно быстро. Даже если он рождается с очень высокой энергией, она уменьшается до величины менее 1 эв при прохождении всего 1 мм пути. Если такое произойдет, то излучение Черенкова не будет более представлять собой видимый свет, энергия фотонов которого превышает 2 эв. В этом случае это излучение содержит фотоны инфракрасного и более длинноволновых участков спектра, которые фиксировать гораздо труднее. Чтобы

обойти эту трудность, экспериментаторы из Принстона использовали остроумную схему, которая позволяла каждому рожденному тахиону двигаться сквозь область, свободную от вещества, но содержащую электрическое поле. Электрическое поле передает энергию заряженным частицам, но в случае обычных частиц этот факт не приводит к излучению заметных количеств света. В то же время для тахиона, проходящего участок пути с включенным электрическим полем, за счет получаемой от него энергии достигается равновесие между этой энергией и энергией, теряемой на излучение. В силу этого он будет продолжать излучать фотоны примерно одинаковой равновесной энергии. Меняя значение напряженности поля, экспериментаторы могли выбрать эту равновесную энергию так, чтобы она соответствовала излучению фотонов видимого света. Это должно было позволить без труда наблюдать это излучение.

В своих экспериментах Альвагер и Крайслер использовали γ-кванты от радиоактивного цезиевого источника. Эти фотоны высокой энергии попадали в свинцовый экран, который препятствовал попаданию их непосредственно в детектор. За экраном находилась область высокого вакуума, содержавшая две параллельные пластины, между которыми создавалось электрическое поле (рис. 7.4). Пары заряженных тахионов могли порождаться фотонами при прохождении последних через свинец, и некоторые из них должны были проникнуть (поскольку при ускорении они теряют энергию) в область между пластинами. Для обнаружения фотонов, излучаемых тахионами, пересекающими эту область, использовался фотоумножитель.

В проведенных экспериментах не было зарегистрировано излучение Черенкова и поэтому не были получены данные, свидетельствующие о рождении тахионов. Точнее говоря, было установлено, что вероятность рождения тахионных пар составляет менее одной десятитысячной от известной вероятности рождения электрон-позитронных пар фотонами несколько более высокой энергии. Соотношение между массой и энергией тахионов делает в высшей степени маловероятным предположение, что эта вероятность может сильно зависеть либо от энергии фотона, либо от массы тахиона. Следовательно, если отбросить пока одно уточнение, которое обсуждается ниже, можно сказать, что тахионы с зарядом, близким по величине к заряду электрона, просто не существуют. Тахионы с зарядами, отличающимися от заряда электрона более чем в два раза в большую сторону или в десять раз в меньшую сторону, в данном случае, вероятно, вообще нельзя обнаружить. Конечно, незаряженные тахионы, не испускающие излучения Черенкова, вовсе не могли наблюдаться в этих экспериментах.