نظریه پراکندگی در مکانیک کوانتومی
نظریه پراکندگی چگونگی انحراف، عبور، و تبادل انرژی ذرات هنگام برخورد را توصیف میکند و نتیجه را از طریق سطح مقطع و دامنه پراکندگی بیان میکند؛ این روش اصلی برای بررسی تجربی سیستمهای کوانتومی است.
Definition
نظریه پراکندگی کوانتومی چارچوبی است که برخوردهای ذرات با یک پتانسیل یا با یکدیگر را توصیف میکند و نتایج را از طریق دامنه پراکندگی و سطح مقطع مشخص میکند که احتمال انحراف به هر جهت را اندازهگیری میکنند.
Scope
این حوزه شامل فرمولبندی پراکندگی به عنوان حالتهای پایدار با امواج تخت ورودی و امواج کروی خروجی، دامنه پراکندگی و ارتباط آن با سطح مقطع دیفرانسیلی و کلی، تقریب بور برای پتانسیلهای ضعیف، تحلیل موج جزئی و تغییر فاز برای پتانسیلهای کوتاه برد، رزونانسها، و قضیه اپتیکی که سطح مقطع کلی را به پراکندگی رو به جلو مرتبط میکند، میشود.
Sub-topics
Core questions
- چگونه یک فرآیند پراکندگی به عنوان یک حالت کوانتومی پایدار توصیف میشود؟
- دامنه پراکندگی چیست و چگونه سطح مقطع را به دست میدهد؟
- سطح مقطع برای پتانسیلهای ضعیف و برای پتانسیلهای کوتاه برد چگونه محاسبه میشود؟
- چه محدودیتهای کلی، مانند قضیه اپتیکی، باید در هر فرآیند پراکندگی رعایت شود؟
Key concepts
- دامنه پراکندگی
- سطح مقطع دیفرانسیلی
- سطح مقطع کلی
- تقریب بور
- تغییر فاز
- قضیه اپتیکی
Key theories
- دامنه پراکندگی و سطح مقطع
- دور از هدف، تابع موج یک موج تخت ورودی به علاوه یک موج کروی خروجی است که وزن زاویهای آن دامنه پراکندگی است؛ دامنه مجذور شده سطح مقطع دیفرانسیلی را میدهد و انتگرال آن سطح مقطع کلی اندازهگیری شده در آزمایشها را به دست میدهد.
- تقریب بور و امواج جزئی
- برای پتانسیلهای ضعیف، تقریب بور دامنه را به عنوان تبدیل فوریه پتانسیل میدهد، در حالی که برای پتانسیلهای کوتاه برد، تحلیل موج جزئی پراکندگی را به کانالهای تکانه زاویهای تجزیه میکند که با تغییر فاز توصیف میشوند و رزونانسها و رفتار انرژی پایین را در بر میگیرد.
Clinical relevance
نظریه پراکندگی روشی است که ماده در هر مقیاسی با آن بررسی میشود: سطح مقطعها پراکندگی الکترون، نوترون و اشعه ایکس را که برای تعیین ساختارها استفاده میشود، کمیسازی میکنند، برخوردهای هستهای و ذرات نیروها و ذرات جدید را آشکار میسازند، و طولهای پراکندگی با انرژی پایین رفتار گازهای اتمی فوقسرد را کنترل میکنند.
History
آزمایش پراکندگی رادرفورد در سال ۱۹۱۱ هسته را آشکار ساخت و تقریب بور در سال ۱۹۲۶ نظریه کوانتومی سطح مقطعها را ارائه داد؛ روشهای موج جزئی و ماتریس S توسط ویلر و هایزنبرگ توسعه یافتند و نظریه پراکندگی به ابزار اصلی فیزیک هستهای و ذرات تبدیل شد.
Key figures
- Max Born
- Ernest Rutherford
- John Archibald Wheeler
- Werner Heisenberg
Related topics
Seminal works
- taylor2006
- newton2002
Frequently asked questions
- سطح مقطع از نظر فیزیکی چیست؟
- سطح مقطع یک ناحیه هدف مؤثر است: این نسبت نرخ پراکندگی به یک جهت معین یا به طور کلی به شار ورودی است که بر حسب واحد مساحت بیان میشود، بنابراین سطح مقطع بزرگتر به معنای برخورد محتملتر است.
- چه زمانی تقریب بور مناسبتر از تحلیل موج جزئی است؟
- تقریب بور برای پتانسیلهای ضعیف یا انرژیهای بالا که موج ورودی به سختی مختل میشود، کار میکند، در حالی که تحلیل موج جزئی برای پتانسیلهای کوتاه برد در انرژی پایین بهترین است، جایی که تنها چند کانال تکانه زاویهای مشارکت میکنند و تغییر فاز رزونانسها را در بر میگیرد.