Tests de l'énergie et de la quantité de mouvement relativistes

Les tests de l'énergie et de la quantité de mouvement relativistes visent à confirmer les expressions relativistes de l'énergie, de la quantité de mouvement et de la masse. Selon la relativité restreinte, certaines propriétés de particules élémentairess massives qui atteignent des vitesses proches de la vitesse de la lumière dévient de façon significative des prédictions de la mécanique newtonienne. Par exemple, aucune particule massive ne peut atteindre la vitesse de la lumière. Au , ces expressions relativistes pour des particules voyageant à une vitesse proche de la lumière sont régulièrement confirmées dans des laboratoires universitaires. Elles servent à la conception et à la mise au point d'accélérateurs de particules. En mécanique newtonienne, l'énergie cinétique et la quantité de mouvement sont calculées à l'aide de La relativité restreinte postule que la vitesse de la lumière dans le vide est constante et ultime, peu importe le référentiel inertiel. Pour cette raison, la relation relativiste énergie–quantité de mouvement est donnée par : où l'énergie relativiste , l'énergie cinétique et la quantité de mouvement d'une particule massive sont données par : où . Donc, l'énergie et la quantité de mouvement relativistes augmentent de façon notable avec la vitesse d'une particule massive, qui ne peut excéder la vitesse de la lumière. Par ailleurs, si la vitesse est nulle, alors et . Cette énergie au repos est donc : formule mieux connue sous la forme . Expériences de Kaufmann–Bucherer–Neumann Les premières expériences pouvant déterminer si de telles relations sont vraies ont été conduites par Walter Kaufmann, Alfred Bucherer et Carl Neumann entre 1901 et 1915. Elles ont principalement portées sur la déflexion de rayons bêta soumis à un champ magnétique dans le but de déterminer le rapport masse sur charge de l'électron. En effet, les scientifiques savaient que la charge électrique est indépendante de la vitesse de cette particule ; toute variation pourrait alors être attribuée à une modification de la quantité de mouvement ou à la masse (qui était connue à cette époque comme la transverse , équivalente à la masse relativiste mentionnée plus haut).