Théorème optique

Le théorème optique stipule que la section efficace totale de diffusion est proportionnelle à la partie imaginaire de l'amplitude de diffusion vers l'avant ; il s'agit d'une expression directe de la conservation de la probabilité et il relie la perte du faisceau incident à l'intensité totale diffusée.

Definition

Le théorème optique est la relation, découlant de la conservation de la probabilité, selon laquelle la section efficace totale est égale à une constante multipliée par la partie imaginaire de l'amplitude de diffusion évaluée dans la direction avant.

Scope

Ce sujet aborde la dérivation du théorème optique à partir de la conservation de la probabilité et de l'unitarité de l'opérateur de diffusion, son énoncé reliant la section efficace totale à la partie imaginaire de l'amplitude dans la direction avant, son interprétation comme l'ombre projetée par la diffusion dans toutes les directions, sa forme en ondes partielles contraignant les déphasages, et sa généralisation à la diffusion inélastique et multicanal.

Core questions

• Pourquoi la conservation de la probabilité relie-t-elle la section efficace totale à la diffusion vers l'avant ?
• Que représente la partie imaginaire de l'amplitude vers l'avant ?
• Comment le théorème optique est-il exprimé en termes de déphasages d'ondes partielles ?
• Comment le théorème s'étend-il aux processus inélastiques et absorbants ?

Key concepts

• amplitude de diffusion vers l'avant
• section efficace totale
• conservation de la probabilité
• unitarité
• diffusion d'ombre
• section efficace inélastique

Key theories

Théorème optique et unitarité

Parce que l'opérateur de diffusion conserve la probabilité, le flux soustrait du faisceau incident par interférence est égal au flux total diffusé dans toutes les directions, ce qui, mathématiquement, assimile la section efficace totale à la partie imaginaire de l'amplitude vers l'avant.

Interprétation par l'ombre et extension inélastique

L'amplitude vers l'avant doit avoir une partie imaginaire positive car la diffusion projette une ombre derrière la cible, retirant de l'intensité au faisceau ; le théorème se généralise de sorte que l'amplitude vers l'avant rend compte de la somme des sections efficaces élastiques et inélastiques, ou absorbantes.

Clinical relevance

Le théorème optique constitue un contrôle de cohérence fondamental et un outil d'analyse dans les expériences de diffusion : il permet de déduire la section efficace totale, y compris l'absorption, à partir de mesures de diffusion vers l'avant, et il contraint les modèles en physique nucléaire, des particules et optique en imposant la conservation de la probabilité.

History

Cette relation trouve ses racines dans l'optique du XIXe siècle, reliant l'extinction à la diffusion vers l'avant ; Feenberg en a donné une formulation quantique dans les années 1930, et elle est devenue une pierre angulaire des approches de la matrice S et des relations de dispersion développées par Heisenberg et d'autres en physique nucléaire et des particules.

Key figures

• Eugene Feenberg
• Niels Bohr
• Werner Heisenberg

Seminal works

• taylor2006
• newton2002

Frequently asked questions

Qu'exprime physiquement le théorème optique ?

Il stipule que l'intensité soustraite du faisceau incident, perçue comme une ombre derrière la cible, doit être égale à l'intensité totale diffusée ou absorbée dans toutes les directions, ce qui constitue un bilan direct de la conservation de la probabilité lors d'une collision.

Pourquoi seule l'amplitude vers l'avant apparaît-elle ?

L'interférence entre l'onde incidente et l'onde diffusée qui diminue le faisceau vers l'avant ne se produit que dans la direction avant ; par conséquent, la perte du faisceau, et donc la section efficace totale, est régie par l'amplitude diffusée exactement vers l'avant.