Сечение (физика)
В физике поперечное сечение является мерой вероятности того, что конкретный процесс будет иметь место, когда какое-либо лучистое возбуждение (например, пучок частиц, звуковая волна, свет или рентгеновское излучение) пересекает локализованное явление (например, частицу). или колебания плотности). Например, сечение Резерфорда является мерой вероятности того, что альфа-частица отклонится на заданный угол при столкновении с атомным ядром . Поперечное сечение обычно обозначается σ ( сигма ) и выражается в единицах площади, точнее в амбарах .. В некотором смысле его можно рассматривать как размер объекта, на который должно попасть возбуждение, чтобы произошел процесс, но, точнее, это параметр стохастического процесса .
В классической физике эта вероятность часто сходится к детерминированной пропорции энергии возбуждения, участвующей в процессе, так что, например, при рассеянии света частицей сечение определяет количество оптической мощности, рассеянной от света данной освещенности. (мощность на площадь). Важно отметить, что, хотя поперечное сечение имеет те же единицы измерения, что и площадь, поперечное сечение может не обязательно соответствовать фактическому физическому размеру цели, заданному другими формами измерения. Нередко фактическая площадь поперечного сечения рассеивающего объекта намного больше или меньше, чем площадь поперечного сечения относительно некоторого физического процесса. Например, плазмонные наночастицы.могут иметь поперечные сечения рассеяния света для определенных частот, которые намного больше, чем их фактические площади поперечных сечений.
Когда две дискретные частицы взаимодействуют в классической физике, их взаимное сечение представляет собой площадь, поперечную их относительному движению, в пределах которой они должны встретиться, чтобы разлететься друг от друга. Если частицы представляют собой твердые неупругие сферы , взаимодействующие только при контакте, их сечение рассеяния связано с их геометрическим размером. Если частицы взаимодействуют посредством какой-либо силы действия на расстоянии, такой как электромагнетизм или гравитация , их поперечное сечение рассеяния обычно больше, чем их геометрический размер.
Когда поперечное сечение указывается как дифференциальный предел функции некоторой переменной конечного состояния, такой как угол частицы или энергия, оно называется дифференциальным поперечным сечением (см. Подробное обсуждение ниже). Когда поперечное сечение интегрируется по всем углам рассеяния (и, возможно, другим переменным), оно называется полным поперечным сечением или интегрированным полным поперечным сечением . Например, в рэлеевском рассеянии, интенсивность, рассеянная под прямым и обратным углами, больше, чем интенсивность, рассеянная вбок, поэтому прямое дифференциальное сечение рассеяния больше, чем перпендикулярное дифференциальное сечение, и путем сложения всех бесконечно малых сечений во всем диапазоне углов с интегральное исчисление, мы можем найти полное сечение.
Сечения рассеяния могут быть определены в ядерной физике , атомной физике и физике элементарных частиц для столкновений ускоренных пучков частиц одного типа с мишенями (стационарными или движущимися) из частиц второго типа. Вероятность возникновения любой данной реакции пропорциональна ее поперечному сечению. Таким образом, указание поперечного сечения для данной реакции является показателем вероятности того, что данный процесс рассеяния произойдет.
Измеренная скорость реакции данного процесса сильно зависит от экспериментальных переменных, таких как плотность материала мишени, интенсивность луча, эффективность обнаружения устройства или установка угла устройства обнаружения. Однако эти величины можно исключить, что позволяет измерить основное сечение столкновения двух частиц.
