Restenergien

Restenergien bezeichnen die Energie, die ein Teilchen oder System in seinem Ruhesystem besitzt. Für ein einzelnes Teilchen mit Ruhemasse m gilt E0 = m c^2; für ein zusammengesetztes System ist E0 gleich der invarianten Masse M des Systems multipliziert mit c^2, also E0 = M c^2.

In der relativistischen Energie-Impuls-Beziehung gilt E^2 = (pc)^2 + (mc^2)^2. Im Ruhesystem, in dem der Impuls p = 0 ist, reduziert sich dies auf E0 = m c^2. Masselose Teilchen, wie Photonen, haben kein Restenergieanteil, da m = 0 und somit E0 = 0.

Bei zusammengesetzten Systemen enthält die Ruheenergie zusätzlich die Bindungsenergie. Die invariant Masse M berücksichtigt sowohl die Ruhemassen der Bestandteile als auch die Wechselwirkungsenergie, sodass M ≤ Σ m_i und E0 = M c^2 entsprechend gilt.

Messbar ist die Restenergie indirekt über die Massenzahl eines Teilchens oder Systems; die kinetische Energie ergibt sich aus Ekin = E − E0 und hängt vom betrachteten Bezugssystem ab. Die Restenergie ist invariantencharakterisiert und bleibt in allen Inertialsystemen gleich.

Beispiele: Elektronene Restenergie E0 ≈ 0,511 MeV; Protonene Restenergie E0 ≈ 938,272 MeV; Neutronen E0 ≈ 939,565 MeV; Pionen haben je nach Typ eine Restenergie im Bereich von ca. 135 MeV. In der Teilchenphysik dient die Ruheenergie als Grundlage der Massenerhaltung und der Bestimmung des invariant Masses von Teilchen und Systemen. Historisch leitete Einstein 1905 die Beziehung E^2 = (pc)^2 + (mc^2)^2 her.