[論文レビュー] A homage to E.C.G.Sudarshan: Superluminal objects and waves (An updated overview of the relevant experiments)

Erasmo Recami|ArXiv.org|Apr 9, 2008

Quantum Mechanics and Applications被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、拡張特殊相対性理論によって予測されるテキオンおよび局在的超光速波（SLS）、例えばX型パルスを焦点に、超光速現象に関する更新された実験的概要を提示する。効果的波、光バンドギャップ構造、およびマイクロ波／光学系の実験により、群速度がcを超える現象が確認され、障壁幅に依存しないトンネル時間—一般化されたハートマン効果の確認—が得られ、スダルシャンの高速運動に関する初期の理論的枠組みを支持する。

ABSTRACT

This writing has been prepared on the occasion of the 75th birthday of E.C.George Sudarshan, who (besides the originator of the V-A theory for weak-forces, of quantum optics --the quantum representation of coherent light--, of dynamical maps for open quantum systems, of the Zeno effect, etc.) was a pioneer, already in the sisties, also of the theory of the so-called "tachyons". This paper wishes to be a homage to E.C.G.Sudarshan, in connection with the last-mentioned pioneering work of his. After a brief theoretical introduction (based on the standard postulates of Special Relativity, and therefore extending it --or rather non-restricting it-- without any violations: for example, without any violations of the so-called Einstein causality), the main aim of this article is an updated presentation of the status-of-the-art of the "superluminal" experiments. In particular, we devote such a review to the phenomena met in tunneling through quantum (and classical) barriers [e.g., referring to the Genelalized Hartman Effect]; and in connection with the "Localized (nondiffracting) Solutions" of the wave equantions [e.g., of Maxwell equations]: especially of the "X-shaped" ones. The interested reader is provided with an extended Bibliography.

研究の動機と目的

• 古典的および量子系における超光速群速度の実験的証拠をレビューおよび更新すること。
• 電磁気的および光学系における局在的超光速解（SLS）、例えばX型波の理論的予測を検証すること。
• 二重障壁構造を通過する際の超光速信号伝搬が、障壁間隔に依存せずに継続することを示すこと。
• テキオンおよび逆行的因果性解釈を含む拡張相対性理論を用いて、顕在的な超光速運動と相対性理論の整合性を図ること。
• 「テキオン」という用語の擬似科学的乱用を是正し、厳密な実験的および理論的物理学にその概念を根ざさせること。

提案手法

• 効果的波および光バンドギャップ構造（例：FBG）を用いたマイクロ波および光学波ガイドからの実験データ分析により、トンネル時間の測定を実施。
• マクスウェル方程式に基づく数値シミュレーションを用いて、古典的障壁を通過する超光速パルス伝搬をモデル化。
• 二重障壁構成におけるトンネル時間の決定に群遅延測定を用い、理論的予測と比較。
• 相対論的場の理論および拡張相対性理論から導かれる波動方程式の局在的解（SLS）としてのX型解の構築および分析。
• 超光速パルス列の実験的結果（パルスの進み出しと振幅の保持）を、超光速波パッケージの理論的モデルと比較。
• 金属波導および光ファイバーなどの構成における時間領域測定を用い、歪みのない超光速信号伝搬の観測。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 効果的波や光バンドギャップ構造などの古典的波系において、超光速群速度が実験的に観測可能か？
• RQ2 二重障壁を通過するトンネル時間は、障壁間隔が増加しても一定のままであるか。一般化されたハートマン効果を確認できるか？
• RQ3 X型波などの局在的超光速解（SLS）は、光学およびマイクロ波実験で生成され、観測可能か？
• RQ4 エネルギーの減衰が生じるにもかかわらず、超光速パルス列が障壁を通過する際に形状および振幅をどのように保持するか？
• RQ5 顕在的な超光速運動は相対論的因果性と整合的であり、拡張相対性理論と調和するか？

主な発見

• 二重障壁光バンドギャップ構造（例：FBG）の実験により、トンネル時間が障壁間隔に依存せず一定であることが確認され、一般化されたハートマン効果が裏付けられた。
• マイクロ波および光学系において、超光速X型波が生成され観測され、群速度は予測通り最大5cに達した。
• 顕著な振幅減衰が生じるにもかかわらず、トンネル過程におけるパルス形状の保持が確認され、モールス符号化に類似した情報伝送の可能性が示唆された。
• マクスウェル方程式に基づく数値シミュレーションにより、ゼロ時間遅延を伴う超光速信号伝搬が再現され、非局在的だが剛体的に伝搬する波形の存在を示唆した。
• 理論的モデルにより、真空中の超光速電荷はエネルギーを放射せず、その電場は二枚の回転放物面を形成することが確認され、チェレンコフ放射とは明確に異なる。
• サアリらおよびランファーニらの実験により、真空中および均一媒質中でX型波が光速平面波に追いつき、追い越すことが成功裏に実証された。