Limite ultra-relativístico
Em física, uma partícula é chamada ultra-relativística quando sua velocidade é muito próxima da velocidade da luz c. A notação comumente usada é ou ou onde o fator de Lorentz, e c a velocidade da luz.[1][2]
A energia de uma partícula ultra-relativística é quase completamente devido à sua energia cinética . A energia total também pode ser aproximado como onde é o momentum invariante de Lorentz.
Isto pode resultar da manutenção da massa fixa e do aumento da energia cinética para valores muito grandes ou da manutenção da energia E fixa e encolhendo a massa m para valores muito pequenos, o que também implica uma muito grande. Partículas com massa muito pequena não precisam de muita energia para viajar a uma velocidade próxima de c. Este último é usado para derivar órbitas de partículas sem massa, como o fóton daquelas de partículas massivas (cf. problema de Kepler na relatividade geral).[3]
Aproximações ultrarelativísticas editar
Abaixo estão algumas aproximações ultrarelativísticas quando . A rapidez é denotada :
- Movimento com aceleração própria constante: d ≈ eaτ/(2a), onde d é a distância percorrida, a = dφ/dτ é a aceleração própria (com aτ ≫ 1), τ é o tempo próprio, e a viagem começa em repouso e sem mudar a direção da aceleração (ver aceleração própria para mais detalhes).
- Colisão de alvo fixa com movimento ultrarelativístico do centro de massa: ECM ≈ √2E1E2 onde E1 e E2 são energias da partícula e do alvo, respectivamente (então E1 ≫ E2), e ECM é energia no referencial do centro de massa.
Precisão da aproximação editar
Para cálculos da energia de uma partícula, o erro relativo do limite ultrarelativístico para uma velocidade v = 0.95c é aproximadamente 10%, e para v = 0.99c é de apenas 2%. Para partículas tais como os neutrinos, cujo γ (fator de Lorentz) geralmente está acima de 106 (v praticamente indistinguível de c), a aproximação é essencialmente exata.
Outros limites editar
O caso oposto (v ≪ c) é a assim chamada partícula clássica, onde sua velocidade é muito menor que c. Sua energia cinética pode ser aproximada pelo primeiro termo da série binomial :
Referências
- ↑ Dieckmann, M. E. (2005). «Particle simulation of an ultrarelativistic two-stream instability». Phys. Rev. Lett. 94 (15). 155001 páginas. Bibcode:2005PhRvL..94o5001D. PMID 15904153. doi:10.1103/PhysRevLett.94.155001
- ↑ Ghorbanalilu, M; Abdollahzadeh, E; Rahbari, SHE (2014). «Particle-in-cell simulation of two stream instability in the non-extensive statistics». Laser and Particle Beams. 32 (3): 399-407. doi:10.1017/S0263034614000275
- ↑ A.F., Zakharov (1991). «Orbits of photons and of ultrarelativistic particles in the gravitational field of a rotating black hole.». Astronomicheskij Zhurnal,. 68 (1): 58-64