التشتت والمقاطع العرضية
تربط نظرية التشتت انحراف الجسيمات الواردة بفعل قوة مركزية بمعامل التصادم، وتحدد النتيجة من خلال المقاطع العرضية التفاضلية والكلية.
Definition
يصف التشتت كيف ينحرف شعاع من الجسيمات بواسطة قوة مركزية، ويتميز بالمقطع العرضي التفاضلي، وهو نسبة الجسيمات المتشتتة إلى زاوية صلبة معينة إلى التدفق الساقط، والذي يرمز إلى شكل التفاعل.
Scope
يغطي هذا الموضوع التشتت الكلاسيكي للجسيمات بواسطة جهد مركزي: العلاقة بين معامل التصادم وزاوية التشتت، تعريف المقطع العرضي التفاضلي والكلي، المثال المحلول لتشتت رذرفورد بواسطة قوة تنافرية عكسية مربعة، وتفسير المقاطع العرضية كمساحات مستهدفة فعالة. وهو الأساس الكلاسيكي لتجارب التشتت.
Core questions
- كيف يحدد معامل التصادم زاوية التشتت لجهد معين؟
- ما هو المقطع العرضي التفاضلي، وكيف يُقاس؟
- كيف كشف تشتت رذرفورد عن بنية الذرة؟
Key concepts
- معامل التصادم
- زاوية التشتت
- المقطع العرضي التفاضلي
- المقطع العرضي الكلي
- صيغة رذرفورد
- مركز الكتلة مقابل الأطر المختبرية
Key theories
- معامل التصادم وزاوية التشتت
- بالنسبة للقوة المركزية، يرتبط كل معامل تصادم بزاوية انحراف محددة؛ وينتج المقطع العرضي التفاضلي من كيفية انتشار حلقة من معاملات التصادم إلى مخروط من زوايا التشتت.
- تشتت رذرفورد
- ينتج عن التشتت بواسطة قوة كولوم التنافرية العكسية المربعة مقطع عرضي تفاضلي يتغير كالقوة الرابعة العكسية لجيب نصف زاوية التشتت، وقد كشف ذيله ذو الزاوية الكبيرة عن النواة الذرية.
Clinical relevance
تُعد المقاطع العرضية للتشتت لغة التجارب التي تستكشف المادة، من اكتشاف رذرفورد للنواة إلى قياسات مسرعات الجسيمات الحديثة، ويوفر المعالجة الكلاسيكية الحدس والحالات الحدية لنظرية التشتت الكمومي المستخدمة في جميع أنحاء الفيزياء الذرية والنووية.
History
وجدت تجارب غايغر-مارسدن في الفترة 1909-1913 أن جسيمات ألفا تشتتت أحيانًا بزوايا كبيرة من رقائق رقيقة، وهو ما فسره رذرفورد في عام 1911 بحساب كلاسيكي عكسي مربعي، مستنتجًا وجود نواة صغيرة كثيفة. وقد أرسى هذا صيغة التشتت الكلاسيكية والمقطع العرضي كمفاهيم تجريبية مركزية.
Key figures
- Ernest Rutherford
- Hans Geiger
- Ernest Marsden
Related topics
Seminal works
- goldstein2002
- taylor2005
Frequently asked questions
- ما هو المقطع العرضي التفاضلي فيزيائيًا؟
- إنه مساحة فعالة لكل وحدة زاوية صلبة: يوضح عدد الجسيمات التي تتشتت في نطاق معين من الزوايا بالنسبة للتدفق الساقط، ويعكس شكله طبيعة القوة التي تقوم بالتشتت.
- كيف كشف التشتت الكلاسيكي عن النواة الذرية؟
- أظهر حساب رذرفورد الكلاسيكي أن الانحرافات النادرة ذات الزاوية الكبيرة لجسيمات ألفا تتطلب شحنة موجبة مركزة، وهي النواة، بدلاً من الشحنة المنتشرة للنماذج الذرية السابقة.