Hiukkasenergiaa

Hiukkasenergiaa tarkoittaa hiukkasen energiavarannon kokonaisuutta. Sillä voidaan viitata lepenergiaan E0 = m c^2, kineettiseen energiaan KE sekä kokonaisenergiaan E. Relativistisessa kontekstissa nämä suureet ovat yhteydessä toisiinsa, ja niiden tunteminen on keskeistä hiukkasfysiikassa.

Relativistisessa mekaniikassa kokonaisenergia, lepenergia ja momentti noudattavat kaavaa E^2 = (pc)^2 + (mc^2)^2. Kineettinen energia on KE = E − E0 = (γ − 1) m c^2, missä γ on Lorentz-tekijä. Klassisesti KE ≈ p^2/(2m) tai KE ≈ 1/2 m v^2.

Energiayksiköitä käytetään yleisesti elektronvoltteina (eV), sekä suuremmissa arvoissa GeV ja TeV. Hiukkasfysiikassa keskeneräiset energiat ovat usein TeV-tason. Esimerkiksi suurissa kiihdyttimissä, kuten LHC:ssa, protoniparit saavuttavat noin 13 TeV:n keskeneräisen energian.

Mittaaminen perustuu useisiin menetelmiin: kalorimetreillä arvioidaan hiukkasen kokonaisenergia, magneettikentässä kulkevien hiukkasten momentumin määrittäminen tapahtuu seurantalaitteiden avulla, ja energianmenetyksen mittaaminen dE/dx:n avulla auttaa hiukkasen tunnistuksessa.

Hiukkasenergia on keskeinen käsite sekä perusfysiikassa että sovelluksissa, kuten kosmisessa säteilyssä ja koe-tutkimuksissa. Energianspektrit ja niiden vaihtelut paljastavat hiukkasten alkuperää, vuorovaikutuksia ja prosesseja, joita kokeellisesti tarkastellaan kiihdyttimissä ja teleskoopeissa.