散射截面
散射截面是一个有效的靶面积，它将散射振幅转换为可测量的碰撞率；微分截面给出每个方向的散射率，总截面给出散射的总体概率。
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Definition
散射截面是散射粒子速率与入射粒子通量之比，对于微分截面，散射粒子速率是指散射到给定立体角内的粒子速率，而对于总截面，则是指总散射粒子速率，其量纲为面积。
Scope
本主题涵盖了微分截面作为散射振幅平方的定义，总截面作为其在所有角度上的积分，截面与通过入射通量测量的速率之间的关系，作为极限情况的经典卢瑟福截面，以及截面在原子物理、核物理和粒子物理中的单位和物理解释。
Core questions
- 如何从散射振幅中获得微分截面？
- 截面如何将理论与测量的碰撞率联系起来？
- 总截面在物理上代表什么？
- 量子截面与经典卢瑟福结果有何关系？
Key concepts
- 微分截面
- 总截面
- 入射通量
- 立体角
- 散射振幅
- 卢瑟福截面
Key theories
- 微分截面
- 微分截面是单位入射通量下散射到单位立体角内的速率，等于散射振幅的平方，因此测量散射粒子的角分布可以直接确定振幅（相位除外）。
- 总截面
- 将微分截面在所有方向上积分得到总截面，这是一个衡量任何散射总体可能性的有效面积，对于分波而言，它是通道贡献的总和，并受到光学定理的约束。
Clinical relevance
截面是几乎所有碰撞实验的直接测量输出：它们量化了核物理和粒子物理中的反应概率，设定了用于屏蔽和医学物理的辐射相互作用速率，并将散射数据转换为关于物质的结构和动力学信息。
History
有效散射面积的概念在1911年通过卢瑟福对α粒子偏转的分析变得定量化，并由盖革和马斯登证实；玻恩的量子散射理论随后将截面置于坚实的概率基础上。
Key figures
- Ernest Rutherford
- Max Born
- Hans Geiger
- Ernest Marsden
Related topics
Seminal works
- taylor2006
- sakurai2017
Frequently asked questions
- 为什么截面的单位是面积？
- 它代表靶对束流呈现的有效面积：将截面乘以入射通量即可得到散射率，因此截面必须具有面积的量纲，才能使散射率计算正确。
- 微分截面和总截面有什么区别？
- 微分截面描述了散射在角度上的分布，而总截面是其在所有方向上的积分，给出了碰撞是否使粒子偏转的总体概率的单一数值。