stringtranslate.com

Релятивистская частица

В физике элементарных частиц релятивистская частица — это элементарная частица с кинетической энергией, большей или равной ее энергии покоя, заданной соотношением Эйнштейна, или, в частности, скорость которой сравнима со скоростью света . [1]

Это достигается фотонами в той степени, в которой эффекты, описанные специальной теорией относительности , способны описывать эффекты самих таких частиц. Существует несколько подходов как средств описания движения отдельных и множественных релятивистских частиц, ярким примером которых являются постулирования посредством уравнения Дирака движения отдельной частицы. [2]

Поскольку соотношение энергии и импульса частицы можно записать как: [3]

где - энергия, - импульс, - масса покоя, когда масса покоя стремится к нулю, например, для фотона, или импульс стремится к большому значению, например, для протона с большой скоростью, это соотношение схлопнется в линейную дисперсию, т.е.

Это отличается от параболического соотношения энергии-импульса для классических частиц. Таким образом, на практике линейность или непараболичность соотношения энергии-импульса рассматривается как ключевая особенность релятивистских частиц. Эти два типа релятивистских частиц отмечаются как безмассовые и массивные соответственно.

В экспериментах массивные частицы являются релятивистскими, когда их кинетическая энергия сопоставима или больше энергии, соответствующей их массе покоя. Другими словами, массивная частица является релятивистской, когда ее полная масса-энергия по крайней мере вдвое больше ее массы покоя. Это условие подразумевает, что скорость частицы близка к скорости света. Согласно формуле фактора Лоренца , для этого требуется, чтобы частица двигалась со скоростью примерно 85% от скорости света. Такие релятивистские частицы генерируются в ускорителях частиц , [a] а также естественным образом встречаются в космическом излучении . [b] В астрофизике струи релятивистской плазмы производятся центрами активных галактик и квазаров . [4]

Заряженная релятивистская частица, пересекающая границу двух сред с различными диэлектрическими постоянными, испускает переходное излучение . Это используется в детекторах переходного излучения высокоскоростных частиц. [5]

Настольные релятивистские частицы

Релятивистские электроны могут также существовать в некоторых твердотельных материалах, [6] [7] [8] [9] включая полуметаллы, такие как графен, [6] топологические изоляторы, [10] сплавы висмута и сурьмы, [11] и полупроводники, такие как дихалькогениды переходных металлов [12] и черные фосфореновые слои. [13] Эти электроны, ограниченные решеткой, с релятивистскими эффектами, которые можно описать с помощью уравнения Дирака, также называются настольными релятивистскими электронами или электронами Дирака.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Например, на Большом адронном коллайдере, работающем с энергией столкновения 13 ТэВ, релятивистский протон имеет массу-энергию в 6927 раз больше, чем его масса покоя, и движется со скоростью 99,999998958160351322% от скорости света.
  2. ^ Примером этого является частица «О, Боже» .

Ссылки

  1. ^ Стейси, Дж. Грегори; Вестранд, В. Томас (2003). "Гамма-астрономия". Энциклопедия физической науки и техники (третье изд.). Academic Press. стр. 397-432. ISBN 978-0122274107.
  2. ^ Энцо, Занчини (2010). «Масса, импульс и кинетическая энергия релятивистской частицы». European Journal of Physics . 31 (4): 763–773. Bibcode : 2010EJPh...31..763Z. doi : 10.1088/0143-0807/31/4/006. S2CID  121326562.
  3. ^ D. McMahon (2008). Квантовая теория поля . Демистификация. Mc Graw Hill (США). стр. 11, 88. ISBN 978-0-07-154382-8.
  4. ^ Гиббонс, Гэри Уильям. «Релятивистская механика». Encyclopaedia Britannica . Получено 6 июня 2021 г.
  5. ^ Юань, Люк CL (2000). «Новый детектор переходного излучения, использующий сверхпроводящие микросферы для измерения энергии релятивистских высокоэнергетических заряженных частиц». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел A: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 441 (3): 479–482. Bibcode : 2000NIMPA.441..479Y. doi : 10.1016/S0168-9002(99)00979-1.
  6. ^ ab Новоселов, КС; Гейм, АК (2007). «Возвышение графена». Nature Materials . 6 (3): 183–191. Bibcode : 2007NatMa...6..183G. doi : 10.1038/nmat1849. PMID  17330084. S2CID  14647602.
  7. ^ Хасан, МЗ; Кейн, КЛ (2010). «Топологические изоляторы». Rev. Mod. Phys . 82 (4): 3045. arXiv : 1002.3895 . doi :10.1103/revmodphys.82.3045. S2CID  260682103.
  8. ^ "Сверхпроводники: конусы Дирака бывают парами". Advanced Institute for Materials Research. wpi-aimr.tohoku.ac.jp . Основные моменты исследований. Tohoku University. 29 августа 2011 г. Получено 2 марта 2018 г.[ постоянная мертвая ссылка ]
  9. ^ Основные потребности в исследованиях для микроэлектроники. Министерство энергетики США, Управление науки, 23–25 октября 2018 г.
  10. ^ Хсие, Дэвид (2008). «Топологический дираковский изолятор в квантовой спиновой холловской фазе». Nature . 452 (7190): 970–974. arXiv : 0902.1356 . Bibcode :2008Natur.452..970H. doi :10.1038/nature06843. PMID  18432240. S2CID  4402113.
  11. ^ Конусы Дирака могут существовать в пленках висмута и сурьмы. Physics World, Институт физики, 17 апреля 2012 г.
  12. ^ Диас, Орасио Кой (2015). «Прямое наблюдение межслойной гибридизации и дираковских релятивистских носителей в ван-дер-ваальсовых гетероструктурах графен/MoS2». Nano Letters . 15 (2): 1135–1140. Bibcode : 2015NanoL..15.1135C. doi : 10.1021/nl504167y. PMID  25629211.
  13. ^ Франческа, Телезио (2022). «Доказательства джозефсоновской связи в плоском джозефсоновском переходе из нескольких слоев черного фосфора». ACS Nano . 16 (3): 3538–3545. doi :10.1021/acsnano.1c09315. PMC 8945388. PMID 35099941  .