相对论粒子

在粒子物理中，相对论粒子指的是动能超过静质量能或者与之匹敌的基本粒子。由于静质能量满足爱因斯坦的质能方程${\displaystyle E=m_{0}c^{2}}$，故也可以说当粒子速度接近光速时，即可被称为相对论粒子。[1]常见的相对论粒子如光子，其狭义相对论的效应可以由狄拉克方程描述。[2]

根据狭义相对论，一般粒子的能量-动能关系可以描述为 [3]：

${\displaystyle E^{2}=(p{\textrm {c}})^{2}+\left(m_{0}{\textrm {c}}^{2}\right)^{2}\,}$

( 1 )

其中 ${\displaystyle E}$为能量，${\displaystyle p}$ 为动量， 而 ${\displaystyle m_{0}}$ 为粒子的静质量。当静质量趋近于零时（如光子），或动量足够大时（如经由加速器加速的质子），此关系坍缩为线性，即：

${\displaystyle E=p{\textrm {c}}}$

( 2 )

这种线性关系与经典粒子中抛物线形状的能量-动量关系具有显著区别。因此，在粒子物理实践中，线性或者至少是非抛物线性的能量-动量色散关系，被认为是相对论粒子的基本特性，并因其上述成因被分为无质量（massless）和具质量（massive）相对论粒子。

在实验中，具质量相对论粒子的成因是因为其动能接近或超过静质能量${\displaystyle E=m_{0}c^{2}}$。当具质量粒子的总质能为静质能量的至少两倍时，即常被实验学家视为具有相对论性。根据洛伦兹因子公式，此时，其实际速度应不低于光速的85%。这样的粒子常可在粒子加速器[lower-alpha 1] 或者宇宙射线中产生。[lower-alpha 2] 在天体物理的研究中, 人们还发现活动星系和类星体的中心会生成相对论性等离子体的喷流[4] 另外，利用穿越辐射探测器观测高速粒子时，科研人员还发现，当带电相对论粒子穿过具有不同介电常数的两个媒体的界面时即会产生的穿越辐射。[5]