質問: 1967年にアメリカの物理学者ジェラルド・ファインバーグが名付けた、超光速で動くと仮定されている粒子を何という?
回答: タキオン

タイトル: タキオン
タキオンという言葉は、アメリカの物理学者ジェラルド・ファインバーグが1967年に発表した論文"Possibility of Faster-Than-Light Particles"(超光速微粒子の可能性)において提唱されたものである。これは、ジェイムズ・ブリッシュのSF小説"Beep"に触発されたものである。ファインバーグは、特殊相対性理論に基づいて、このような粒子の運動学を研究した。また、論文の中で、虚数の質量を持つ場(現在はタキオン場と呼ばれている)を導入し、そのような粒子が持つ微視的な起源を理解しようとした。超光速粒子に関する最初の仮説は、1904年にドイツの物理学者アルノルト・ゾンマーフェルトが「メタ粒子」と名付けたものが最初とされている。

タイトル: タキオン
タキオン(tachyon ([ˈtækiɒn]))またはタキオン粒子(tachyonic particle)とは、常に光速よりも速く移動する仮想的な粒子である。ほとんどの物理学者は、光よりも速い粒子は既知の物理法則と一致しないため存在しないと考えている。仮にそのような粒子が存在し、光よりも速い信号を送ることができたとすると、相対性理論によれば因果律に反することになり、親殺しのパラドックスのようなタイプの論理的パラドックスが生じることになる。このような粒子が存在することを示す実験的証拠は見つかっていない。「タキオン」という言葉を生み出した1967年の論文で、ジェラルド・ファインバーグは、虚数の質量を持つ量子場の励起からタキオンが作られると提案した。しかし、このモデルでは実際には超光速を実現できないことがすぐにわかった。

タイトル: ジェラルド・ファインバーグ
ファインバーグは1958年にミューニュートリノの存在を予測した。これは、1962年にコロンビア大学の同僚であるレオン・レーダーマン、メルビン・シュワルツ、ジャック・シュタインバーガーの実験によって確認され、3人はその功績によりノーベル物理学賞を受賞した。1967年、特殊相対性理論を拡張して、「あらかじめ光速を越えており、どんなに減速しても光速より遅く動けない粒子」が存在しうることを論証し、それをタキオンと命名した。ファインバーグは、エドガー・ミッチェルの1974年の超能力研究書『Psychic Explorations』の序文を寄稿し、その中で霊能力の存在への支持を表明している。彼が提唱したタキオンの概念は、予知能力やサイコキネシスを説明できると主張する一部の超心理学者によって提唱されている。

タイトル: スーパーブラディオン
スーパーブラディオン (英: Superbradyon) は、光速よりも数段速く運動することができる仮説上の素粒子である。タキオンと違って、スーパーブラディオンは正の実数の質量とエネルギーを持つ。

タイトル: 光速
重力作用も光速で伝播することが相対性理論で予言され、2002年に観測により確認された。

タイトル: エキゾチック粒子
エキゾチック粒子 (英: exotic particle) は、現代物理学のいくつかの領域で存在が予言されており、物理的な直観に反するような性質を持つ理論上の粒子である。エキゾチック粒子のうち最も良く知られている例はおそらくタキオンであろう。この理論上の粒子は常に光速より速く運動する。他の例としては、超対称性粒子が挙げられる。これは既知の素粒子のかなり質量が重いパートナー粒子である。超対称性粒子はダークマターの候補でもある。エキゾチック粒子はサイエンスフィクションにおいて頻繁に取り上げられる。これらが登場するストーリーは実際の学術的な背景を持っているものの、その存在は完全にフィクションである。

タイトル: オーマイゴッド粒子
オーマイゴッド粒子(オーマイゴッドりゅうし、Oh-My-God particle)は、ユタ州のダグウェイ性能試験場で、1991年10月15日夕方に検出された超高エネルギー宇宙線である。エネルギーは、約300エクサ電子ボルト(50ジュール)と推定され、「驚くべき粒子」と形容された。この亜原子粒子の持つエネルギーは、時速約100キロメートルで運動する約140グラムの野球ボールの運動エネルギーに相当する。この粒子は、光速に非常に近い速度で運動しており、陽子であるとすれば、その速度は1秒間当たり光より1.5フェムトメートル遅いだけであり、光速の約0.9999999999999999999999951倍に相当する。この速度の粒子と光速の物体が1年間進むと、46ナノメートルの差がつき、また22万年ごとに1センチメートルの差がつく。

タイトル: 超光速運動
超光速運動は1902年、ヤコブス・カプタインにより、1901年に爆発した新星 GK Persei からの噴出物について初めて観測された。彼の発見はAstronomische Nachrichten誌にドイツ語で掲載され、英語圏の天文学者からは数十年にわたってほとんど注目されなかった。1966年、マーティン・リーズ(英語版)が「適当な方向に相対論的速度で運動する物体は遠く離れた観測者からみて光速よりもずっと大きい視線速度をもちうること」を示した。1969年と1970年、そのような非常に遠い天文学的電波源、電波銀河やクェーサーが発見された。 これらの電波源は超光速電波源と呼ばれた。

タイトル: ディラトン
ディラトン(英:dilaton)とは、超弦理論に登場する仮説上の粒子である。

タイトル: スーパーブラディオン
もしスーパーブラディオンがわれわれの宇宙に自由粒子として存在することができるなら、それらは"従来の"粒子の形で自発的に放射を放ち、超高エネルギー宇宙線の放射源となることが予想される。その自由粒子は、それらの速度が光速に等しいかそれより小さくなったとき、そのような放射を放出するのを止める。それゆえ、宇宙は光速に近い速度のスーパーブラディオンの海を含むだろう。スーパーブラディオンはインフレーション、暗黒物質および暗黒エネルギーについても新しい方法を与える。シドニー・コールマンおよびシェルドン・グラショーは、ゴンザレス・メストレの超光速粒子に関する1995-96年の論文について引用して、従来の粒子は厳密に同じ限界速度を持てないであろうとする標準THεμシナリオにおけるローレンツ対称性の破れの限界を定めるため、類似の真空中のチェレンコフ放射を用いた。

タイトル: 光速
宇宙の初期に関する理論であるインフレーション理論に対抗する光速変動理論 (VSL) などのアイデアが存在している。光子が非常に高いエネルギーであるときに、光速が速くなる、とする考えだが、場当たり的な仮定が多く、方程式も複雑であるため、正しく宇宙の法則をとらえた理論であるとは考えられていない。

タイトル: 素粒子
ただし、点粒子は空間が最小単位の存在しない無限に分割可能な連続体であることを前提としているが、標準模型で扱うスケールより15桁以上小さいスケール(プランク長スケール)においては、空間が連続的であるか離散的であるかは判明していない。離散的である場合には点粒子として扱えない。超弦理論においては全ての素粒子は有限の大きさを持つひもの振動状態であるとされる。我々が普段目にする物質は(微小な、あるいは大きさが無い)素粒子からできているにもかかわらず、有限の大きさを持っている。それは、複数の素粒子が運動する有限の領域が、ハドロンや原子などの大きさを持つ粒子を構成することによる。素粒子のうちほとんどのものは、自然界に単独で安定的に存在しているわけではないので、宇宙線の観測や加速器による生成反応により発見・研究された。

タイトル: 超光速通信
一般には超光速航法と超光速通信が同時に実現されている設定を採る作品が多いが、中には超光速航法は可能だが超光速通信は不可能か実現されていない(またはその逆)といった作品も見られる。一例として、超光速航法(ハイパースペース・トラベル)の開発史を描いたアイザック・アシモフのSF小説『ネメシス』では、ニュートン力学からマクスウェル方程式までに2世紀を要したことを例に挙げて、電磁波を扱う超光速通信の方が技術的難易度が高く実現していないとしている。 これらの区別は重要である。超光速航法において超光速通信は行える(少なくともなにかのメディアを運ぶことはできる)が、その逆は行えないからである(下記を参照)。1960年代にジェラルド・ファインバーグが提唱した超光速の仮想粒子であるタキオンを用いた通信。

タイトル: 光速
しかしながら、最初の粒子が観測されたときにどちらの量子状態にあるかを制御することは不可能なので、この方法でも情報は伝播できない。物理法則は、情報がもっと賢い方法で伝播することをも妨げており、これは量子複製不可能定理や通信不可能定理(英語版)へとつながることになった。二つの物体が互いに向かい合う方向に運動しており、それぞれある慣性系における速度が0.8cであったとする。このとき、二つの物体は2倍の1.6cの速度で接近していることになる。これを接近速度とよぶ。ただし、接近速度はある系におけるどんな物体の速度も表していないことに注意が必要である。ある宇宙船が、地球から(地球の静止系で)1光年離れた惑星まで高速で移動するとする。これに要する時間は、宇宙船内の時計でみると1年よりも短くなることが可能である(地球上の時計でみれば、必ず1年以上かかる)。

タイトル: ジェラルド・ファインバーグ
ジェラルド・ファインバーグ(Gerald Feinberg、1933年5月27日 - 1992年4月21日)は、アメリカ合衆国の物理学者、未来学者である。コロンビア大学教授。

タイトル: 光の粒子説
最終的に光子(光量子)、更には「量子」という名で呼ばれることになった多くの粒子や波動は、粒子と波動の二重性を持つものである、と言う結論が量子力学によりもたらされた。いわゆる隠れた変数理論の否定により、素朴な「粒子」が本質で、なんらかの理由でそこに波動性が見えている、というように考えることはできないが、いくつか提案のある確率過程量子化は、量子の確率的な振舞について確率過程として形式化するもので、粒子モデルと言えなくもない。

タイトル: ニュートリノ
グラショウ理論によれば、もし超光速ならエネルギーをほとんど失っているはずだという。

タイトル: スーパーブラディオン
スーパーブラディオンは光速より速く伝播する新しい種類の粒子である。これは特殊相対性理論の標準的な因果律を破る。場の量子論では、タキオンが現実の粒子ではなく系の不安性が粒子の形態を持つのに対して、スーパーブラディオンは粒子が実在性を持つと仮定されている。この用語、および粒子の実体は、ルイス・ゴンザレス・メストレ(スペイン語版)によってブラディオン(ターディオン)の反意語として提案された。メストレのローレンツ対称性の破れに関する研究の意義は、2002年にCERNクーリエおよびニューヨーク・タイムズの記事で取り上げられている。1997年には、彼の研究はシドニー・コールマンおよびシェルドン・グラショーによって引用されている。

タイトル: ルイス＝トルマンの非ニュートン力学
この式によれば、有限の質量をもつ任意の物体は速度が増せば質量(相対論的質量)が増し、光速度を与えることができれば相対論的質量は無限大になる。したがって、光線中で有限の質量と運動量そしてエネルギーをもち光速度で移動する”何か”は、もしそれが静止しているか、もしくは光速度よりもわずかに小さい速度で運動していればエネルギー、運動量あるいは質量をもたないと結論付けた。後年1926年になって、ルイスは、このアイザック・ニュートン以来の光の粒子説を復帰させるものである光線中を光速度で移動する運動量とエネルギーを運び質量をもつ”何か”を光子(photon)と名付けた。

タイトル: 重力子
重力子(じゅうりょくし、英: graviton、グラビトン)は、素粒子物理学における四つの力のうちの重力相互作用を伝達する役目を担わせるために導入される仮説上の素粒子。アルベルト・アインシュタインの一般相対性理論より導かれる重力波を媒介する粒子として提唱されたものである。スピン2、質量0、電荷0、寿命無限大のボース粒子であると予想され、力を媒介するゲージ粒子である。理論的にも未完成であり、2022年までのところ未発見であるが、宇宙論や星の進化の研究において中心的な役割を果たしている。

タイトル: フェルミ粒子
フェルミ粒子(フェルミりゅうし)は、量子力学上の粒子の分類のための呼称であり、 ħ {\displaystyle \hbar } の半整数 (1/2, 3/2, 5/2, ...) 倍の強度のスピン角運動量を伴う粒子を指す。フェルミオン(Fermion)とも呼ばれる。代表例として電子が挙げられる。名称はイタリア=アメリカの物理学者エンリコ・フェルミ (Enrico Fermi) に由来する。

タイトル: 超対称性
例えば、電子に対してスカラー電子と呼ばれるスピン0で電荷-1を持つ粒子の存在が予言されるが、そのような粒子は観測されていない。 このため、我々が住んでいる世界の真空では、超対称性が自発的に破れていると考える必要がある。この超対称性の破れを起こす機構はいくつか提唱されているが未だ実験的確証は得られていない。後述する超対称性粒子は未だ発見されておらず、世界中の加速器で発見するための実験が進んでいる。

タイトル: ヴィルヘルム・ヴェーバー
ヴェーバーはこの測定結果を元に電気を正と負に帯電した粒子の流れと考え、荷電粒子に働く力を表す式を提出した。この式は「ヴェーバーの法則」と呼ばれ、荷電粒子の振る舞いとして電磁気現象を統一的に表現することを目的とし、電流の相互作用力や電磁誘導の力を求めることができた。しかしエネルギー保存の法則を満たしているかどうかがはっきりせず、ヘルムホルツと長い論争となった。またこの式には、電磁単位系と静電単位系の比c(ヴェーバー定数:Weber's constant)が現れる。そこでヴェーバーは1855年にこの値をコールラウシュ(Rudolf Kohlrausch)とともに測定し、その値が光速に極めて近い、3.1074×10m/s であることを見出し、1856年の論文に記した。ただし、ヴェーバー自身はこれが光速に近いことに言及はしていない。

タイトル: 点粒子
点粒子(英: point particle)は、物理学においてよく用いられる理想化された粒子である。理想粒子 (ideal particle) または点様粒子 (point-like particle, pointlike—) とも言う。それを定義付ける特徴は空間的広がり(英語版)を持たないことである。ゼロ次元であり空間を占有しない。

タイトル: 光速
たとえば、二つの粒子の量子状態が量子もつれの状態にあり、一方の粒子の状態が他方の粒子の状態を固定するものとする(ここでは、一方のスピンが +1⁄2 でなければならず、他方が −1⁄2 でなければならないとする)。観測されるまでは、二つの粒子は(+1⁄2, −1⁄2)および(−1⁄2, +1⁄2)という二つの量子状態の重ね合わせ状態にある。二つの粒子が離れ、一方の粒子が観測されて量子状態が決定されたとすると、自動的に他方の粒子の量子状態も決定される。もし、ある種の量子力学の解釈のように、量子状態についての情報が一つの粒子について局所的であるとするなら、次のように結論づけなければならない。すなわち、最初の観測がなされると、二つ目の粒子は即座に、その量子状態を占めるのである。

タイトル: 超光速運動
天文学において、超光速運動または超光速現象とは、 電波銀河、BL型天体、クェーサーの一部にみられる、光速を超えた速度で天球上を移動しているように見える運動をいう。近年ではマイクロクェーサーと呼ばれる銀河系内電波源でもみつかっている。これら全ての電波源はブラックホールを内包すると考えられており、これが原因で高速の質量噴出が起こっているものと考えられている。1970年代に初めて観測された際には、超光速運動はクェーサーが宇宙的な距離をもつことへの反証の一つと考えられた。しかし、少数のこの見方を保つ天文学者を除いて、ほとんどの天文学者はみかけ上の超光速は光学上の錯覚であり、相対性理論に反するような物理過程を包含するものではないと考えている。

タイトル: 自由粒子
古典力学的な自由粒子は単純に一定の速度によって特徴付けられる。その運動量はであり、そのエネルギーはである。ここで、m は粒子の質量、 v は粒子の速度ベクトルである。

タイトル: 粒子
物理学の用語としては、一般的な意味の他に素粒子のような物質の構成単位を指す。あるいは量子力学的な場の理論の意味では場の励起状態を表す概念として粒子という語が用いられる。そのような粒子にたとえば光子や陽電子がある。同様な概念に量子力学における準粒子がある。準粒子の例としてはフォノンや正孔がある。力学の分野に限れば、粒子は質点や点電荷の意味で用いられる。力学の意味での粒子とは、形状や大きさ、向きや自転などといった内部の自由度を、無視できるかあるいは持たない物体のことを指す。従って、太陽と地球の相対運動を考える際には、地球を粒子として扱うことができるが、一方で原子など分子の内部構造に注目する際には、分子を粒子と見ることはできない。自然科学における粒子という概念の成立過程に関しては原子論および原子の記事などを参照。

タイトル: ヒッグス粒子
質量の起源を説明するため、1964年にエディンバラ大学のピーター・ウェア・ヒッグスは、自発的対称性の破れの考えに基づいた理論を提唱した。この理論はヒッグス機構と呼ばれる。ヒッグス機構においては、ヒッグス場と呼ばれるスカラー場が導入され、それに対応するスカラー粒子も同時に導入される。これをヒッグス粒子と呼ぶ。ヒッグス粒子はスピン0・電荷0 のボース粒子である。ヒッグス機構を含む理論模型が現実に即しているかどうかを判定する上で、その模型に対応するヒッグス粒子が存在するかどうかの実験的検証が鍵となる。ヒッグス粒子という言葉は、広い意味ではヒッグス機構において現れる粒子のことであるが、特に標準模型(ワインバーグ=サラム理論)のヒッグス粒子を指して使われる場合が多い。