Релятивістські частинки

Релятивістські частинки — це частинки, які рухаються зі швидкостями, що наближаються до швидкості світла $c$ (так звані релятивістські швидкості). Для них стають важливими ефекти теорії відносності, у першу чергу залежність енергії $E$ від швидкості $E=m_0{c}^2/\sqrt{1-(v/c{)}^2}$, де $m_0$ — маса спокою частинки, $v$ — її швидкість. При цьому імпульс частинки задається формулою $p=m_{0}v/\sqrt{1-(v/c{)}^2}$. Кінетична енергія релятивістської частинки перевищує або дорівнює подвоєній енергії спокою $E$ ≥ $2m_0{c}^2$. Звідси випливає (враховуючи перетворення Лоренца), що швидкість релятивістської частинки складає 86.6 або більше відсотків від швидкості світла $c$ .

Ультрарелятивістськими називаються частинки, у яких кінетична енергія набагато більше енергії спокою. Граничним випадком є частинки з масою спокою

$m_0=0$

і

$v=c$

. Енергія такої частинки пов'язана з його імпульсом співвідношенням

$E=|p|c$

. Такі безмасові частинки (фотон, гравітон, глюон та інші) завжди релятивістські, тому що існують, тільки рухаючись зі швидкістю світла.

Народження релятивістських частинок при взаємодії релятивістського протона з молекулами атмосфери.

Відповідно до теорії відносності, час життя $t$ нестабільних релятивістських частинок розтягується і визначається формулою: $t=t_0\sqrt{1-(v/c{)}^2}$. Де $t_0$ — час життя частинки, що покоїться. Процеси взаємодії релятивістських частинок мають характерну особливість: рух народжених частинок або розсіювання частинок в такій взаємодії відбувається переважно вперед — в напрямку налітаючої релятивістської частинки.

У астрофізиці важливе значення мають релятивістські електрони, що виникають при прискоренні в космічних електромагнітних полях і утворюють синхротронне випромінювання. (Наприклад, синхротронне випромінювання утворюють нейтронні зорі). Масивні релятивістські частинки утворюються в спеціальних прискорювачах елементарних частинок. Розігнані на прискорювачах пучки релятивістські частинки використовують в експериментальній фізиці елементарних частинок.

Ще одне джерело релятивістських частинок — радіоактивний розпад атомних ядер (бета-розпад).

При русі в середовищі зарядженої релятивістської частинки зі швидкістю, що перевищує швидкість світла в цьому середовищі, виникає так зване випромінювання Вавілова-Черенкова.