Разсейване
From Wikipedia, the free encyclopedia
Разсейването е термин, използван във физиката, за да опише широк спектър от физически процеси, при които движещи се частици или вълни, като светлина или звук, са принудени да се отклонят от праволинейната траектория поради локални нееднородности (например други частици и вълни) в средата, през която преминават. При конвенционална употреба това също включва отклонение на отразения лъч от ъгъла, предсказан от закона за отражение. Отраженията на лъчи, които претърпяват разсейване, често се наричат дифузни отражения, а неразсеяните отражения се наричат огледални отражения. Първоначално терминът е бил ограничен до разсейване на светлината (използван е още от Исак Нютон през XVII век[1]). Тъй като са открити повече феномени, подобни на „лъчи“, идеята за разсейването е разширена към тях, така че Уилям Хершел вече се позовава на разсейването на „топлинни лъчи“ (тогава все още неразпознати като електромагнитни) през 1800 г.[2] Джон Тиндал, пионер в изследването на разсейването на светлината, отбелязва връзката между разсейването на светлината и акустичното разсейване през 70-те години на XIX век.[3] В края на XIX век експериментално се наблюдава и обсъжда разсейването на катодните лъчи (оказали се електрони)[4] и рентгенови лъчи[5]. С откриването на субатомните частици (напр. Ърнест Ръдърфорд през 1911 г.[6]) и развитието на квантовата теория през XX век смисълът на термина става по-широк, тъй като се признава, че същите математически рамки, използвани при разсейването на светлината, могат да бъдат приложени и към много други явления.
Разсейването разглежда последствията от сблъсъци между частици (молекули, атоми, електрони, фотони и други частици) или вълни. Примерите за частици включват: разсейване на космическите лъчи в горната част на атмосферата на Земята; целенасочени сблъсъци на частици в ускорителите на частици; разсейване на електрони от газовите атоми във флуоресцентните лампи и разсейване на неутрони вътре в ядрените реактори. Други примери са взаимодействието на билярдни топки при удар, разсейването на Ръдърфорд (или промяната на ъгъла) на алфа частици от златни ядра, разсейването на Брег (или дифракция) на електрони и рентгенови лъчи от клъстер от атоми или нееластичното разсейване на фрагментите от ядрен разпад през тънко фолио.
Видовете нееднородности, понякога известни като разсейващи центрове, са твърде многобройни, за да бъдат изброени, но една малка извадка включва частици, мехурчета, капчици, флуктуации на плътността на течности, кристалити в поликристални твърди вещества, дефекти в монокристали, грапавини на повърхност, клетки в организмите и текстилни влакна в дрехите. Ефектите от такива сблъсъци по пътя на почти всеки тип разпространяваща се вълна или движеща се частица могат да бъдат описани в рамките на теорията на разсейването.
Някои области, в които разсейването и теорията му са важни, включват радарно наблюдение, ехография, инспекция на полупроводникови пластини, мониторинг на процеса на полимеризация, акустично облицоване, комуникации в космоса и компютърно генерирани изображения.[7] Теорията за разсейване на частица от друга частица е важна в областите физика на елементарните частици, атомна, молекулярна и оптична физика, ядрена физика и астрофизика. Във физиката на елементарните частици квантовото взаимодействие и разсейването на фундаменталните частици се описват от матрицата на разсейване или S-матрицата, въведена и разработена от Джон Уилър и Вернер Хайзенберг.[8]
Разсейването се определя количествено с помощта на различни концепции, сред които напречно сечение на разсейване (σ), коефициент на затихване, двупосочна функция на разпределение на разсейване (BSDF), S-матрици и среден свободен пробег. Описанието на разсейването и разграничението между еднократно и многократно разсейване са тясно свързани с корпускулярно-вълновия дуализъм.