Théorie de la relativité

Équivalence masse-énergie

Reliez la variation de masse à l'énergie de repos, ΔE = Δm c², et distinguez les conditions de conservation des processus simulés. Mesurez la variation d’énergie et la masse équivalente, puis vérifiez $E = mc²$ .

Licence

⚠ Les conversions masse-énergie et réactions de particules sont conceptuelles ; ne manipulez pas de sources radioactives.

Matériel

Modèle d'un corps absorbant et conversion d'un photon en paire e⁻e⁺
Curseurs logarithmiques d'énergie E et de masse M ; sélecteur de processus

Protocole

Comparer deux processus de conversion
En mode « Le corps absorbe de l'énergie », réglez E et M avec les curseurs logarithmiques et examinez la masse équivalente Δm = E/c² ; le signe distingue absorption et libération. Passez à « Un photon crée une paire e⁻e⁺ » et augmentez E au-delà du seuil 2mₑc² = 1,022 MeV. Cette conversion illustre la conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement ; un photon seul ne peut pas créer une paire dans le vide. Comparez les valeurs affichées à $E = mc²$ .
Vérifier la masse équivalente
En mode absorption d'énergie, faites varier E par étapes et notez Δm affiché. Calculez séparément avec $\Delta m = E/c^2$ et vérifiez que la masse équivalente croît proportionnellement à l'énergie reçue.
Vérifier le seuil de création de paire
Choisissez le mode photon et augmentez E depuis une valeur inférieure au seuil $2m_ec^2$ . Notez quand l'énergie devient suffisante et expliquez le rôle de l'énergie de masse des deux particules et de la conservation de la quantité de mouvement.

Simulation

Histoire de l’expérience

En 1905, Albert Einstein publia la relativité restreinte et soutint, dans un bref article ultérieur, que l'énergie émise sous forme de rayonnement diminue la masse du corps d'une quantité correspondante. La relation est souvent résumée par E = mc², où c est la vitesse de la lumière : la masse au repos représente une énergie au repos, et non une conversion libre sans contraintes. La physique nucléaire et la physique des particules du XXe siècle confirmèrent le rôle central de la relation masse-énergie dans les réactions et désintégrations. La création d'une paire électron-positron exige au moins leur énergie de masse totale 2mₑc², ainsi que la conservation de la quantité de mouvement ; un photon seul ne peut pas créer une paire dans le vide. La simulation illustre ces principes de manière conceptuelle, sans représenter une réaction réelle.

Physiciens associés

Albert Einstein

Sujets liés de la bibliothèque

Quantité de mouvement et énergie relativistes, E = mc² Principe d'équivalence