Введение

Элементарная частица, движущаяся со скоростью, близкой к скорости света.

В физике частиц релятивистской частицей называется элементарная частица, кинетическая энергия которой больше или равна энергии её массы покоя, определяемой соотношением Эйнштейна, , или, конкретнее, скорость которой сопоставима со скоростью света. Это достигается фотонами в той мере, в которой эффекты, описываемые специальной теорией относительности, применимы к описанию поведения таких частиц. Существует несколько подходов к описанию движения одиночных и множественных релятивистских частиц, ярким примером является описание через уравнение Дирака движения одиночной частицы. Поскольку соотношение между энергией и импульсом частицы можно записать как:

где – энергия, – импульс, а – масса покоя,

то, когда масса покоя стремится к нулю (например, для фотона) или импульс становится большим (например, для протона с большой скоростью), это соотношение вырождается в линейную дисперсию, то есть:

Это отличается от параболического соотношения между энергией и импульсом для классических частиц. Таким образом, на практике линейность или непараболичность соотношения между энергией и импульсом рассматривается как ключевая характеристика релятивистских частиц. Эти два типа релятивистских частиц обозначаются как безмассовые и массивные соответственно. В экспериментах массивные частицы считаются релятивистскими, когда их кинетическая энергия сопоставима или превышает энергию, соответствующую их массе покоя. Иными словами, массивная частица является релятивистской, когда её полная энергия массы по крайней мере вдвое превышает её массу покоя. Это условие подразумевает, что скорость частицы близка к скорости света. Согласно формуле коэффициента Лоренца, для этого требуется, чтобы частица двигалась со скоростью, составляющей примерно 85% от скорости света. Такие релятивистские частицы генерируются в ускорителях частиц, а также естественным образом возникают в космическом излучении. В астрофизике струи релятивистской плазмы образуются в центрах активных галактик и квазаров. Заряженная релятивистская частица, пересекающая границу раздела двух сред с различными диэлектрическими проницаемостями, излучает переходное излучение. Это используется в детекторах переходного излучения для высокоскоростных частиц.

Настольные релятивистские частицы

Релятивистские электроны могут также существовать в некоторых твердых материалах, включая полуметаллы, такие как графен, сплавы висмута и сурьмы, и полупроводники, такие как дихалькогениды переходных металлов и слои чёрного фосфорена. Эти электроны, локализованные в кристаллической решетке, демонстрирующие релятивистские эффекты и описываемые уравнением Дирака, также называют релятивистскими электронами «настольного» типа или электронами Дирака.