Figura 1. Após passar por um decaimento radioativo , um átomo fica mais leve.
Para se testar a eq. (1), Einstein propôs ‘pesar’ um átomo antes e depois de sofrer uma decaimento radioativo. A implementação de tal proposta, entretanto, era tecnicamente difícil. Os primeiros testes usaram um método diferente, envolvendo colisões de partículas. Quando um átomo de lítio (Li) é bombardeado com um próton (p), duas partículas -α emergem. Por um lado, uma diminuição na massa de repouso total é observada neste processo: a massa de repouso do conjunto próton + átomo de lítio é maior que a massa de repouso total das duas partículas-α (o que pode ser determinado independentemente). Isso não está de acordo com o princípio de conservação da massa clássico.
Figura 2. Duas reações observadas em física de partículas:
Por outro lado, existe um aumento na energia cinética total: a energia cinética do próton é menor que o total da energia cinética das duas partículas-α. (O átomo de lítio como um todo pode ser considerado como estando em repouso e não contribui para o equilíbrio.) Isso não está de acordo com o princípio de conservação de energia clássico.Em outro experimento, um par elétron-pósitron (cuja massa de repouso é diferente de zero) emerge de um fóton de raio γ (cuja massa de repouso é zero). Este é um exemplo de como energia eletromagnética pura é convertida em partículas massivas. Curiosamente, para que a conversão aconteça, a frequência dos raios γ deve superar um valor mínimo. Para compreender esse fato, nós primeiro observamos que a energia dos fótons depende de suas frequências de acordo com a relação E=hν (ver complementaridade). Dada a eq. (1) e assumindo que a massa-energia total envolvida no processo é conservada, isso significa que a energia dos fótons γ deve ser equivalente, no mínimo, à soma das massas de repouso do elétron e do pósitron. (O excesso de energia eletromagnética fornece, para o par elétron-pósitron, energia cinética, i.e., determina uma velocidade diferente de zero).