核散射和截面

散射实验探测原子核和粒子的结构，而截面则提供了衡量给定反应发生可能性的通用标准。

Definition

截面是一种以面积单位表示的量度，用于衡量当粒子束撞击靶时特定核反应或散射过程发生的概率，而微分截面则描述了该概率如何分布在散射角上。

Scope

本主题涵盖了使用粒子束从核靶散射、截面作为有效靶面积的定义和解释，以及记录散射粒子角分布的微分截面。它涉及弹性散射和非弹性散射、共振，以及散射数据如何揭示核尺寸、电荷分布和内部结构，从卢瑟福发现原子核开始。

Core questions

• 截面如何量化核反应的概率？
• 散射粒子的角分布揭示了靶的哪些信息？
• 散射实验如何确立原子核的存在和大小？
• 什么是共振？它们预示着核和粒子结构的什么信息？

Key concepts

• 总截面和微分截面
• 弹性散射和非弹性散射
• 散射振幅
• 共振
• 形状因子和电荷分布
• 光度和事件率

Key theories

卢瑟福散射

卢瑟福对α粒子从薄箔散射的分析表明，偏转需要一个微小、致密、带正电荷的原子核，并得出了经实验证实的截面公式。

截面和散射振幅

微分截面与量子散射振幅的平方幅度相关，将测量的角分布与潜在的相互作用势联系起来。

Clinical relevance

截面是设计反应堆和屏蔽、解释对撞机数据、模拟辐射传输以及从散射实验中提取核和核子结构（如电荷半径和部分子分布）的基本输入。

History

截面概念源于卢瑟福1911年对盖革和马斯登α粒子散射实验的解释，该实验揭示了原子核的存在。霍夫施塔特在20世纪50年代进行的电子散射实验测量了核电荷分布，而深度非弹性散射后来揭示了质子内部的夸克，从而确立了散射和截面作为亚原子物理学核心工具的地位。

Key figures

• Ernest Rutherford
• Hans Geiger
• Robert Hofstadter

Seminal works

• rutherford1911

Frequently asked questions

为什么截面以面积单位测量？

截面代表了粒子对给定反应所呈现的有效靶面积。更大的截面意味着更高的相互作用概率，就好像靶在物理上更大一样。

散射中的共振是什么？

共振是截面在特定能量处出现的尖锐峰值，表明暂时形成了准束缚态。共振揭示了原子核的激发态或短寿命粒子。