Релятивистские частицы

Релятиви́стские части́цы, частицы, движущиеся со скоростями, близкими к скорости света ${\displaystyle c}$. Для них становятся важными эффекты теории относительности, в первую очередь зависимость энергии ${\displaystyle E}$ от скорости:

${\displaystyle E={\frac {mc^{2}}{\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}}}$,

где ${\displaystyle m\ -}$ масса частицы, ${\displaystyle v\ -}$ её скорость. При этом импульс частицы даётся формулой:

${\displaystyle {\it {\boldsymbol {p}}}={\frac {E{\it {\boldsymbol {v}}}}{c^{2}}}={\frac {m{\it {\boldsymbol {v}}}}{\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}}}$.

Кинетическая энергия релятивистских частиц – порядка или больше их энергии покоя. Сверх- или ультрарелятивистскими называются частицы, у которых кинетическая энергия гораздо больше энергии покоя. Предельным случаем являются частицы с нулевой массой ${\displaystyle (m=0)}$, движущиеся со скоростью света ${\displaystyle (v=c)}$. Энергия такой частицы связана с её импульсом соотношением ${\displaystyle E=\mid {\it {\boldsymbol {p}}}\mid c}$.

Согласно теории относительности, время жизни ${\displaystyle t}$ нестабильных относительно распада релятивистских частиц растягивается:

${\displaystyle t={\frac {\tau }{\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}}}$,

где ${\displaystyle \tau \ -}$ время жизни покоящейся частицы.

В астрофизике важное значение имеют релятивистские электроны, получающиеся при ускорении в космических электромагнитных полях и испускающие синхротронное излучение. В частности, электроны ускоряются в электромагнитных полях остатков вспышек сверхновых. Из релятивистских частиц состоят и космические лучи. Разогнанные на ускорителях пучки релятивистских частиц используют в экспериментальной физике элементарных частиц. Процессы взаимодействия релятивистских частиц имеют характерную особенность: движение рождённых частиц или рассеяние частиц в таком взаимодействии происходит преимущественно вперёд – в направлении налетающей релятивистской частицы.