نظرية التشتت في ميكانيكا الكم
تصف نظرية التشتت كيف تنحرف الجسيمات وتنتقل وتتبادل الطاقة عند تصادمها، معبرة عن النتيجة من خلال المقاطع العرضية وسعات التشتت؛ وهي الطريقة الرئيسية التي تُفحص بها الأنظمة الكمومية تجريبياً.
Definition
نظرية التشتت الكمومية هي الإطار الذي يصف تصادمات الجسيمات مع جهد أو مع بعضها البعض، مميزة النتائج من خلال سعة التشتت والمقطع العرضي، اللذين يقيسان احتمالية الانحراف في كل اتجاه.
Scope
يغطي هذا المجال صياغة التشتت كحالات مستقرة مع موجات مستوية واردة وموجات كروية صادرة، وسعة التشتت وعلاقتها بالمقاطع العرضية التفاضلية والكلية، وتقريب بورن للجهود الضعيفة، وتحليل الموجات الجزئية وإزاحات الطور للجهود قصيرة المدى، والرنين، ونظرية البصريات التي تربط المقطع العرضي الكلي بالتشتت الأمامي.
Sub-topics
Core questions
- كيف توصف عملية التشتت كحالة كمومية مستقرة؟
- ما هي سعة التشتت وكيف تعطي المقطع العرضي؟
- كيف يُحسب المقطع العرضي للجهود الضعيفة وللجهود قصيرة المدى؟
- ما هي القيود العامة، مثل نظرية البصريات، التي يجب أن تخضع لها أي عملية تشتت؟
Key concepts
- سعة التشتت
- المقطع العرضي التفاضلي
- المقطع العرضي الكلي
- تقريب بورن
- إزاحات الطور
- نظرية البصريات
Key theories
- سعة التشتت والمقطع العرضي
- بعيدًا عن الهدف، تكون الدالة الموجية عبارة عن موجة مستوية واردة بالإضافة إلى موجة كروية صادرة يكون وزنها الزاوي هو سعة التشتت؛ وتعطي السعة المربعة المقطع العرضي التفاضلي، ويعطي تكاملها المقطع العرضي الكلي المقاس في التجارب.
- تقريب بورن والموجات الجزئية
- بالنسبة للجهود الضعيفة، يعطي تقريب بورن السعة كتحويل فورييه للجهد، بينما بالنسبة للجهود قصيرة المدى، يحلل تحليل الموجات الجزئية التشتت إلى قنوات الزخم الزاوي الموصوفة بإزاحات الطور، مما يلتقط الرنين والسلوك منخفض الطاقة.
Clinical relevance
نظرية التشتت هي كيفية فحص المادة على كل مقياس: تحدد المقاطع العرضية تشتت الإلكترونات والنيوترونات والأشعة السينية المستخدمة لتحديد الهياكل، وتكشف التصادمات النووية والجسيمية عن القوى والجسيمات الجديدة، وتحكم أطوال التشتت منخفضة الطاقة سلوك الغازات الذرية فائقة البرودة.
History
كشفت تجربة رذرفورد للتشتت عام 1911 عن النواة، وقدم تقريب بورن عام 1926 النظرية الكمومية للمقاطع العرضية؛ وقد طور ويلر وهايزنبرغ طرق الموجات الجزئية ومصفوفة S، وأصبحت نظرية التشتت الأداة المركزية للفيزياء النووية وفيزياء الجسيمات.
Key figures
- Max Born
- Ernest Rutherford
- John Archibald Wheeler
- Werner Heisenberg
Related topics
Seminal works
- taylor2006
- newton2002
Frequently asked questions
- ما هو المقطع العرضي، فيزيائياً؟
- المقطع العرضي هو مساحة هدف فعالة: إنه نسبة معدل التشتت في اتجاه معين أو إجمالاً إلى التدفق الساقط، ويعبر عنه بوحدات المساحة، لذا فإن المقطع العرضي الأكبر يعني تصادمًا أكثر احتمالاً.
- متى يكون تقريب بورن مناسبًا مقابل تحليل الموجات الجزئية؟
- يعمل تقريب بورن للجهود الضعيفة أو الطاقات العالية حيث لا تتأثر الموجة الساقطة إلا قليلاً، بينما يكون تحليل الموجات الجزئية الأفضل للجهود قصيرة المدى عند الطاقة المنخفضة، حيث تساهم قنوات قليلة من الزخم الزاوي وتلتقط إزاحات الطور الرنين.