剛性（電磁気）

素粒子物理学において、剛性は 磁場による偏向に対する粒子の抵抗の尺度であり、粒子の運動量をその電荷で割ったものとして定義されます。相対論的な速度で運動する完全にイオン化された原子核の場合、これは原子番号あたりのエネルギーに相当します。これは加速器物理学と天体素粒子物理学において重要な量です。 ${\displaystyle R}$

剛性の概念は、磁場内での荷電粒子の運動から派生したものです。2 つの粒子は、質量や電荷が異なっていても、剛性が同じであれば磁場内で同じ軌道をたどります。この状況は、多くの粒子加速器や粒子検出器の設計で発生します。

荷電粒子が均一な磁場に入り、磁場が初期速度に対して垂直に向くと、ローレンツ力によって粒子は速度ベクトルと磁場ベクトルの両方に対して垂直な方向に加速されます。その結果生じる粒子の円運動の半径は、ジャイロ 半径と呼ばれます。剛性は次のように定義されます。 ${\displaystyle r_{p}}$

${\displaystyle R=B\times r_{p}}$

ここで磁場である。この定義では、剛性Rの単位はテスラメートル（N·s/C）である。^[1]${\displaystyle B}$

あるいは、剛性の全く同等の定義は次のようになります。

${\displaystyle R={pc \over q}}$

ここで は粒子の運動量、は光速、 は粒子の電荷である。相対速度で運動する完全にイオン化された原子核の場合、これは次のように簡略化される。 ${\displaystyle p}$${\displaystyle c}$${\displaystyle q}$

${\displaystyle R={E \over Z}}$

ここで、は粒子のエネルギー、 は原子番号です。この場合、剛性Rの単位はボルトです。この定義は、各粒子の質量と電荷が一般に不明な 宇宙線の研究ではよく使用されます。${\displaystyle E}$${\displaystyle Z}$

粒子の運動量がGeV / cの単位で与えられる場合、剛性はテスラメートルで次のように表されます。 ${\displaystyle p}$

${\displaystyle {R \over {\text{Tm}}}=3.3356{\text{s/m}}\times {p \over {\text{GeV}}/c}{c \over q}}$

ここで、係数 3.3356 (単位は秒/メートル) は(ギガ) 光速 (m/s) で割られます。 ${\displaystyle 10^{9}}$