پراکندگی و مقاطع عرضی
نظریه پراکندگی، انحراف ذرات ورودی توسط یک نیروی مرکزی را به پارامتر برخورد مرتبط میکند و نتیجه را از طریق مقاطع عرضی دیفرانسیلی و کلی کمیسازی میکند.
Definition
پراکندگی چگونگی انحراف یک پرتو از ذرات توسط یک نیروی مرکزی را توصیف میکند که با مقطع عرضی دیفرانسیلی، نسبت ذرات پراکنده شده در یک زاویه فضایی معین به شار ورودی، مشخص میشود و شکل برهمکنش را کدگذاری میکند.
Scope
این موضوع پراکندگی کلاسیک ذرات توسط یک پتانسیل مرکزی را پوشش میدهد: رابطه بین پارامتر برخورد و زاویه پراکندگی، تعریف مقطع عرضی دیفرانسیلی و کلی، مثال حل شده پراکندگی رادرفورد توسط یک نیروی دافعه معکوس مجذور، و تفسیر مقاطع عرضی به عنوان نواحی هدف مؤثر. این مبحث، پایه و اساس کلاسیک آزمایشهای پراکندگی است.
Core questions
- چگونه پارامتر برخورد، زاویه پراکندگی را برای یک پتانسیل معین تعیین میکند؟
- مقطع عرضی دیفرانسیلی چیست و چگونه اندازهگیری میشود؟
- پراکندگی رادرفورد چگونه ساختار اتم را آشکار کرد؟
Key concepts
- پارامتر برخورد
- زاویه پراکندگی
- مقطع عرضی دیفرانسیلی
- مقطع عرضی کلی
- فرمول رادرفورد
- چارچوب مرکز جرم در مقابل چارچوب آزمایشگاهی
Key theories
- پارامتر برخورد و زاویه پراکندگی
- برای یک نیروی مرکزی، هر پارامتر برخورد به یک زاویه انحراف مشخص نگاشت میشود؛ مقطع عرضی دیفرانسیلی از چگونگی گسترش یک حلقه از پارامترهای برخورد به یک مخروط از زوایای پراکندگی به دست میآید.
- پراکندگی رادرفورد
- پراکندگی توسط یک نیروی کولنی دافعه معکوس مجذور، یک مقطع عرضی دیفرانسیلی ایجاد میکند که با توان چهارم معکوس سینوس نصف زاویه پراکندگی تغییر میکند، که دنباله زاویه بزرگ آن هسته اتمی را آشکار کرد.
Clinical relevance
مقاطع عرضی پراکندگی، زبان آزمایشهایی هستند که ماده را بررسی میکنند، از کشف هسته توسط رادرفورد تا اندازهگیریهای شتابدهنده ذرات مدرن، و رویکرد کلاسیک، شهود و موارد حدی را برای نظریه پراکندگی کوانتومی که در سراسر فیزیک اتمی و هستهای استفاده میشود، فراهم میکند.
History
آزمایشهای گایگر-مارسدن در سالهای 1909-1913 نشان داد که ذرات آلفا گاهی اوقات از ورقههای نازک با زوایای بزرگ پراکنده میشوند، که رادرفورد در سال 1911 با یک محاسبه کلاسیک معکوس مجذور آن را توضیح داد و وجود یک هسته کوچک و متراکم را استنتاج کرد. این امر فرمول پراکندگی کلاسیک و مقطع عرضی را به عنوان مفاهیم اصلی تجربی تثبیت کرد.
Key figures
- Ernest Rutherford
- Hans Geiger
- Ernest Marsden
Related topics
Seminal works
- goldstein2002
- taylor2005
Frequently asked questions
- مقطع عرضی دیفرانسیلی از نظر فیزیکی چیست؟
- این یک مساحت مؤثر در واحد زاویه فضایی است: نشان میدهد که چه تعداد ذره در یک محدوده معین از زوایا نسبت به شار ورودی پراکنده میشوند، و شکل آن ماهیت نیروی پراکندهکننده را منعکس میکند.
- پراکندگی کلاسیک چگونه هسته اتمی را آشکار کرد؟
- محاسبه کلاسیک رادرفورد نشان داد که انحرافات نادر با زاویه بزرگ ذرات آلفا به یک بار مثبت متمرکز، یعنی هسته، نیاز دارد، نه بار پراکنده مدلهای اتمی قبلی.