Эффективное поперечное сечение

Эффективное поперечное сечение, эффективное сечение, сечение (в физике), величина, характеризующая вероятность перехода системы двух сталкивающихся частиц в результате их рассеяния (упругого или неупругого) в определённое конечное состояние. Э. п. с. s равно отношению числа dN таких переходов в единицу времени к плотности nv потока рассеиваемых частиц, падающих на мишень, т. е. к числу частиц, проходящих в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную к их скорости v (n - плотность числа падающих частиц): s= dN/nv.Таким образом, Э. п. с. имеет размерность площади; обычно оно измеряется в см². Различным типам переходов, наблюдаемых при рассеянии частиц, соответствуют разные Э. п. с. Упругое рассеяние частиц характеризуют дифференциальным Э. п. с. d s/d W, равным отношению числа частиц, упруго рассеянных в единицу времени в единицу телесного угла, к потоку падающих частиц (d W - элемент телесного угла), и полным сечением s, равным интегралу дифференциального сечения, взятому по полному телесному углу (W = 4p стер). Для иллюстрации на рис. схематически изображен процесс упругого рассеяния точечных "классических" частиц на шарике радиуса R₀ с "абсолютно жёсткой" поверхностью. Полное Э. п. С. рассеяния для этого случая равно геометрическому сечению шарика: s=pR₀².

При наличии неупругих процессов полное сечение складывается из Э. п. с. упругих и неупругих процессов. Для более детальной характеристики рассеяния вводят сечение для отдельных типов (каналов) неупругих реакций. Для множественных процессовважное значение имеют т. н. инклюзивные сечения, описывающие вероятность появления в данном столкновении какой-либо определённой частицы или группы частиц.

Если взаимодействие между сталкивающимися частицами велико и быстро падает с расстоянием, то Э. п. с. по порядку величины, как правило, равно квадрату радиуса действия сил или геометрическому сечению системы (см. рис.); однако вследствие специфических квантовомеханических явлений Э. п. с. могут существенно отличаться от этих значений (например, в случаях резонансного рассеяния и Рамзауэра эффекта).

Экспериментальные измерения Э. п. с. рассеяния дают сведения о структуре сталкивающихся частиц. Так, измерения сечения упругого рассеяния a-частиц атомами позволили открыть атомное ядро, а упругого рассеяния электронов протонами и нейтронами (нуклонами) - определить радиусы нуклонов и распределение в них электрического заряда и магнитного момента (т. н. формфакторы).Понятие Э. п. с. используется также в статистической физике при построении кинетических уравнений.
С. С. Герштейн.