超光速粒子（tachyons）的概念長期以來吸引了物理學(xué)家的興趣。這些假設(shè)的粒子以超光速運(yùn)動(dòng)，挑戰(zhàn)了我們對(duì)因果關(guān)系和時(shí)空結(jié)構(gòu)的理解。協(xié)變量子場(chǎng)論中的超光速粒子旨在提供一個(gè)一致的框架，以在量子力學(xué)和狹義相對(duì)論的原則下描述這些超光速粒子。

歷史背景

超光速粒子的概念最早由杰拉爾德·費(fèi)因伯格（Gerald Feinberg）于1967年提出。費(fèi)因伯格建議，具有虛質(zhì)量的粒子可以以超光速運(yùn)動(dòng)，而不違反相對(duì)論的原則。這一提議引發(fā)了一系列關(guān)于超光速粒子性質(zhì)和影響的理論研究。

誤解與挑戰(zhàn)

歷史上，三個(gè)主要的誤解阻礙了超光速粒子一致量子場(chǎng)論的發(fā)展：

• 能譜無下限：人們認(rèn)為超光速粒子的能譜在負(fù)方向上無限延伸，導(dǎo)致不穩(wěn)定性。

• 依賴于參考系的不穩(wěn)定真空態(tài)：超光速粒子的真空態(tài)被認(rèn)為是不穩(wěn)定的，并且依賴于觀察者的參考系。

• 非協(xié)變的對(duì)易關(guān)系：超光速粒子場(chǎng)的對(duì)易關(guān)系被認(rèn)為是非協(xié)變的，與相對(duì)論的原則相沖突。

這些問題主要是由于在不充分的希爾伯特空間中錯(cuò)誤地表示了洛倫茲群。

協(xié)變框架

最近發(fā)表在《物理評(píng)論D》的研究通過擴(kuò)展希爾伯特空間，允許洛倫茲群的正確表示，解決了這些誤解。這種方法確保了超光速粒子場(chǎng)的量子化與相對(duì)論協(xié)變性一致。協(xié)變框架的關(guān)鍵特征包括：

• 正確量子化：通過擴(kuò)展希爾伯特空間，超光速粒子的能譜得到正確的限制，消除了不穩(wěn)定性問題。

• 穩(wěn)定的真空態(tài)：真空態(tài)變得穩(wěn)定，并且在洛倫茲變換下不變，解決了參考系依賴性問題。

• 協(xié)變的對(duì)易關(guān)系：超光速粒子場(chǎng)的對(duì)易規(guī)則現(xiàn)在明確地是協(xié)變的，與狹義相對(duì)論的原則一致。

雙態(tài)形式主義

協(xié)變量子場(chǎng)論中的超光速粒子還強(qiáng)調(diào)了Aharonov等人提出的雙態(tài)形式主義作為首選解釋。這種形式主義提供了一個(gè)一致的框架來理解超光速粒子的量子行為，包含了時(shí)間前進(jìn)和時(shí)間倒退的狀態(tài)。

影響與應(yīng)用

協(xié)變量子場(chǎng)論的發(fā)展對(duì)我們理解基礎(chǔ)物理學(xué)有深遠(yuǎn)影響。一些潛在的應(yīng)用和影響領(lǐng)域包括：

• 因果關(guān)系與相對(duì)論：該理論挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的因果關(guān)系概念，表明超光速粒子可能引起類似于量子力學(xué)中觀察到的擾動(dòng)。

• 高能物理：超光速粒子可能在高能過程中的作用，可能有助于理解自發(fā)對(duì)稱性破缺和物質(zhì)形成等現(xiàn)象。

• 量子信息：雙態(tài)形式主義和協(xié)變框架可能為量子信息理論和量子系統(tǒng)行為提供新的見解。

結(jié)論

協(xié)變量子場(chǎng)論中的超光速粒子代表了理論物理學(xué)的重大進(jìn)展，解決了長期存在的誤解，并提供了一個(gè)一致的框架來理解超光速粒子。通過確保相對(duì)論協(xié)變性和穩(wěn)定性，這一理論為探索宇宙的基本性質(zhì)以及超光速粒子在高能物理和量子信息中的潛在作用開辟了新的途徑。