¿Usan los físicos la "energía" de las partículas para referirse a la energía cinética?

En 1963, se escribió este artículo sobre los efectos de la radiación en los paneles solares. El documento establece que:

Cuando los electrones a energías superiores a 145 KeV y los protones a energías superiores a 98eV bombardean un cristal de silicio, pueden desplazar un átomo de la red cristalina, produciendo una red vacía y un átomo de retroceso que se detiene como un átomo intersticial.

Sin embargo, las energías en reposo de los electrones y protones son mucho mayores que esto, aproximadamente 511 KeV y 938 MeV respectivamente. Llegué a la conclusión de que el documento se refería a la energía cinética en lugar de a la energía total y ajusté mis cálculos en función de esta conjetura.

Entonces: ¿Estaba en lo correcto al suponer que el artículo se refería a la energía cinética, o era alguna otra medida de la energía de las partículas?

De manera más general, ¿hay un significado estándar para la "energía" de una partícula cuando se refiere a tales partículas que se mueven a velocidades relativistas?

Respuestas (4)

Sí, en este caso lo que se entiende por "energía" es la energía cinética k = ( γ 1 ) metro C 2 que la partícula incidente puede transferir al sistema de destino. Como bien señalas, no tendría sentido hablar de un electrón, que tiene energía en reposo mi 0 = metro C 2 = 511 k mi V , tener una energía total mi = γ metro C 2 = metro C 2 + k de sólo 100 eV.

Para partículas ultra-relativistas con mi mi 0 es una aproximación razonable pensar que la energía cinética y la energía total son idénticas, y para los sistemas no relativistas el significado no es ambiguo desde el contexto, por lo que es solo en una región de energía bastante estrecha alrededor γ 2 , o k mi 0 , que hay que tener cuidado de distinguir entre energía cinética y energía total. Eso nos vuelve descuidados. Lo siento.

La teoría de la relatividad especial te da ( metro C 2 ) 2 = mi 2 ( pag C ) 2 , dónde metro es la masa en reposo de la partícula (511 keV para electrones), pag es el impulso y mi la energía total. Cuando tienes el sistema de unidades naturales donde C = 1 , la ecuación se convierte en metro 2 = mi 2 pag 2 , que podría ser extraño buscándote.

Cuando un electrón tiene una energía de 145 keV, debe ser solo la energía cinética, simplemente no hay forma de que pueda elegir pag tal que mi podría ser más pequeño que metro C 2 . Para energías más altas, podría volverse ambiguo. Si usted tiene mi metro C 2 , entonces la diferencia real será pequeña porque las partículas son ultrarrelativistas de todos modos.

En un contexto de física de partículas, donde las partículas pueden aniquilarse entre sí, la energía generalmente se entiende como la energía total, incluida la masa en reposo, tal como dice la ecuación anterior.

No solo es común citar la energía cinética como la energía en contextos distintos a la física de alta energía, sino que también es básicamente de donde proviene toda la convención de escribir energías en electronvoltios: 1 k mi V es la energía cinética que una partícula con una sola carga, independientemente de su masa, recoge si permite que caiga a través del potencial de un acelerador lineal, es decir, un condensador cargado a 1 k V . Y esta es la energía que un electrón, por ejemplo, puede utilizar cuando choca con el cátodo de un tubo de rayos X. Los rayos X normalmente no se acercan a la masa en reposo de los electrones, por lo que, como se dijo antes, aquí no es ambiguo a qué energía se refiere.

(Para los rayos X en sí, por supuesto, es inequívoco de todos modos, gracias a la masa en reposo cero).

Sí. El bombardeo implica cinética. La masa (en reposo) de electrones y protones es fija, no tendría sentido discutirla como una variable. De manera más general, se puede considerar que la energía de una partícula está compuesta por su masa en reposo, su energía cinética y su energía potencial. No hay un significado único para el término, de hecho, la energía es una abstracción que significa que no hay ninguna sustancia o cosa llamada "energía".