Релятивістські частинки

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

Ультрарелятивістськими називаються частинки, у яких кінетична енергія набагато більше енергії спокою. Граничним випадком є частинки з масою спокою ${\displaystyle m_{0}=0}$ і ${\displaystyle v=c}$. Енергія такої частинки пов'язана з його імпульсом співвідношенням ${\displaystyle E=|p|c}$. 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 ${\displaystyle t}$ нестабільних релятивістських частинок розтягується і визначається формулою: ${\displaystyle t=t_{0}{\sqrt {1-(v/c)^{2}}}\ }$. Де ${\displaystyle t_{0}}$ — 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.