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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]]<math>E=m_0c^2</math>，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。<ref>{{cite book |last1=Stacy |first1=J. Gregory |last2=Vestrand |first2=W. Thomas |date=2003 |title=Encyclopedia of Physical Science and Technology (Third Edition) |chapter=Gamma-Ray Astronomy |url=https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B012227410500274X |location= |publisher=Academic Press |page=397-432 |isbn=978-0122274107 |access-date=2023-06-17 |archive-date=2023-06-18 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230618141409/https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B012227410500274X |dead-url=no }}</ref>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。<ref>{{cite journal | last=Enzo|first=Zanchini|date=2010|title=Mass, Momentum and Kinetic Energy of a Relativistic Particle | journal=European Journal of Physics|volume=31|issue=4 |pages=763-773 | doi=10.1088/0143-0807/31/4/006}}</ref>

根据狭义相对论，一般粒子的{{tsl|en|Energy–momentum relation|能量-动能关系|能量-动能关系}}可以描述为 <ref>{{cite book|title = Quantum Field Theory|url = https://archive.org/details/quantumfieldtheo00mcma_095|url-access = limited|author = D. McMahon|publisher = Mc Graw Hill (USA)|series=DeMystified|year = 2008|pages=[https://archive.org/details/quantumfieldtheo00mcma_095/page/n29 11], 88|isbn = 978-0-07-154382-8}}
</ref>：
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 |:| {{Equation box 1
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  | equation=<math>E^2 = (p \textrm c)^2 + \left(m_0 \textrm c^2\right)^2\,</math>
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 | {{EquationRef|1}}
}} 
其中 <math>E</math>为能量，<math>p</math> 为动量， 而 <math>m_0</math> 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：
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 |:| {{Equation box 1
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  | equation=<math>E= p \textrm c</math>
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}} 
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<math>E=m_0c^2</math>。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]]{{efn|例如在[[大型强子对撞机]]中超过13太电子伏特的碰撞中， 即可产生总质能超过静质能6927倍的相对论质子，其实际速度可以达到光速的99.999998958160351322% 。}} 或者[[宇宙射线]]中产生。{{efn|例如 {{tsl|en|Oh-My-God Particle|Oh-My-God 粒子|Oh-My-God 粒子}}。}} 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{{tsl|en|Relativistic plasma|相对论性等离子体|相对论性等离子体}}的{{tsl|en|Relativistic jet|相对论喷流|喷流}}<ref>{{cite web|url=https://www.britannica.com/science/relativistic-mechanics|title=Relativstic mechanics|publisher=Encyclopaedia Britannica|first=Gary William|last=Gibbons|access-date=June 6, 2021|archive-date=2023-06-17|archive-url=https://web.archive.org/web/20230617022556/https://www.britannica.com/science/relativistic-mechanics|dead-url=no}}</ref> 另外，利用{{tsl|en|Transition radiation detector|穿越辐射探测器|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]]。<ref>{{cite journal |last1=Yuan |first1=Luke C. L. |date=2000 |title=A novel transition radiation detector utilizing superconducting microspheres for measuring the energy of relativistic high-energy charged particles |journal=Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment|volume=441  |issue=3  |pages=479–482 |doi=10.1016/S0168-9002(99)00979-1}}</ref>

== 桌面相对论粒子 ==
[[File:MIT20120424.jpg|thumb| 2012年4月24日，[[麻省理工学院]]在其官方主页报道了由[[唐爽]]和[[米尔德里德·德雷斯尔豪斯|崔瑟豪斯夫人]]提出的“[[米尔德里德·德雷斯尔豪斯|唐-崔瑟豪斯理论]]”。该理论提出了在[[固体]]材料中构建[[各向异性]]的桌面相对论粒子的系统性方法。]]

[[相对论]][[电子]]也可存在于[[固体]]材料中，<ref name=Novoselov-Geim-2007>{{cite journal |last1=Novoselov |first1=K.S.|last2=Geim      |first2=A.K.|date=2007 |title=The rise of graphene |journal=Nature Materials|volume=6  |issue=3  |pages=183–191 |doi=10.1038/nmat1849}}</ref><ref name=Hasan-Kane-2010>{{cite journal |last1=Hasan  |first1=M.Z. |last2=Kane   |first2=C.L. |date=2010 |title=Topological Insulators |journal=Rev. Mod. Phys.|volume=82  |issue=4 |pages=3045 |doi=10.1103/revmodphys.82.3045}}</ref> 包括[[石墨烯]]<ref name=Novoselov-Geim-2007 />、[[拓扑绝缘体]]<ref>{{cite journal | last1=Hsieh|first1=David|date=2008|title=A topological Dirac insulator in a quantum spin Hall phase|journal=Nature|volume=452|pages=970–974|doi=10.1038/nature06843}}</ref>、[[銻化鉍|铋锑合金]]<ref>[https://physicsworld.com/a/dirac-cones-could-exist-in-bismuth-antimony-films/ Dirac cones could exist in bismuth–antimony films] {{Wayback|url=https://physicsworld.com/a/dirac-cones-could-exist-in-bismuth-antimony-films/ |date=20230612134956 }}. Physics World, Institute of Physics, 17 April 2012.</ref>等[[半金屬 (能帶理論)|半金属]]材料, 和{{tsl|en|Transition metal dichalcogenide monolayers|过渡金属二卤化物|过渡金属二卤化物}}<ref>{{cite journal |last1=Diaz |first1=Horacio Coy|date=2015 |title=Direct Observation of Interlayer Hybridization and Dirac Relativistic Carriers in Graphene/MoS2 van der Waals Heterostructures |journal=Nano Letters|volume=15  |issue=2  |pages=1135–1140 |doi=10.1021/nl504167y}}</ref> 、[[黑磷]]单层<ref>{{cite journal |last1=Francesca |first1=Telesio | date=2022 |title=Evidence of Josephson Coupling in a Few-Layer Black Phosphorus Planar Josephson Junction |journal=ACS Nano|volume=16  |issue=3  |pages=3538–3545 |doi=10.1021/acsnano.1c09315}}</ref> 等[[半导体]]材料。这些材料中的[[晶格]]电子的[[量子效应]]和[[相对论效应]]均可以用[[狄拉克方程]]描述，因此被称为桌面相对论电子或者桌面狄拉克电子。[[唐爽]]和[[米尔德里德·德雷斯尔豪斯|崔瑟豪斯夫人]]通过进一步研究，提出了“[[米尔德里德·德雷斯尔豪斯|唐-崔瑟豪斯理论]]”。该理论提出了在固体材料中构建[[各向异性]]的桌面相对论粒子的系统性方法。<ref>[https://news.mit.edu/2012/dirac-cones-graphene-bismuth-antimony-0424 New material shares many of graphene’s unusual properties. Thin films of bismuth-antimony have potential for new semiconductor chips, thermoelectric devices] {{Wayback|url=https://news.mit.edu/2012/dirac-cones-graphene-bismuth-antimony-0424 |date=20200919022910 }}. MIT News Office (24 April 2012).</ref><ref>{{cite journal |last1=Tang |first1=Shuang |last2=Dresselhaus |first2=Mildred |date=2012 |title=Constructing Anisotropic Single-Dirac-Cones in BiSb Thin Films |journal=Nano Letters|volume=12 | issue=4|pages=2021–2026 |doi=10.1021/nl300064d }}</ref><ref>{{cite journal |last1=Tang |first1=Shuang |last2=Dresselhaus |first2=Mildred |date=2012 |title=Constructing A Large Variety of Dirac-Cone Materials in the BiSb Thin Film System |journal=Nanoscale|volume=4 | issue=24|pages=7786–7790 |doi=10.1039/C2NR32436A }}</ref>

桌面相对论粒子的发现为研发新型[[电子器件]]、计算机和深入探索[[狭义相对论]]效应提供了全新的途径。<ref name=AMIR-TohokuU-2016-08-29>{{cite web |title=Superconductors: Dirac cones come in pairs |date=29 Aug 2011 |series=Research Highlights |publisher=Tohoku University |website=wpi-aimr.tohoku.ac.jp |department=Advanced Institute for Materials Research |url=http://www.wpi-aimr.tohoku.ac.jp/en/aimresearch/highlight/2011/20110829_000812.htm |access-date=2 Mar 2018 |language=en }}{{Dead link}}</ref><ref>[https://science.osti.gov/-/media/bes/pdf/reports/2019/BRN_Microelectronics_rpt.pdf Basic Research Needs for Microelectronics. ] {{Wayback|url=https://science.osti.gov/-/media/bes/pdf/reports/2019/BRN_Microelectronics_rpt.pdf |date=20211101231405 }} US Department of Energy, Office of Science, 23–25 October 2018.</ref>

== 相关内容 ==
{{Portal|Physics}}

* {{tsl|en|Ultrarelativistic limit|超相对论粒子|超相对论粒子}}
* [[狭义相对论]]
* {{tsl|en|Relativistic wave equations|相对论波动方程|相对论波动方程}} 
* [[勞侖茲因子|洛伦兹因子]]
* [[狹義相對論中的質量|相对论质量]]
* {{tsl|en| Relativistic plasma|相对论等离子体|相对论等离子体}}
* [[相对论性喷流|相对论射流]]
* {{tsl|en| Relativistic beaming|相对论光束|相对论光束}}
* [[等离子体]]

== 备注 ==
{{Notelist}}

== 参考文献 ==
{{Reflist}}
[[Category:加速器物理学]]
[[Category:狹義相對論]]
[[Category:量子力学]]