Dispersión de Thomson

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Dispersión de Thomson (Thompson) (dispersión de Thomson): dispersión elástica de la radiación electromagnética en partículas cargadas . Los campos eléctrico y magnético de la onda incidente aceleran la partícula cargada. Una partícula cargada acelerada irradia ondas electromagnéticas . Por lo tanto, la energía de la onda incidente se convierte parcialmente en la energía de la onda dispersada: se produce la dispersión. Este tipo de dispersión fue explicada por el físico inglés J. J. Thomson . La sección transversal de dispersión no depende de la frecuencia de la onda electromagnética y es la misma para la dispersión hacia delante y hacia atrás. La frecuencia de la radiación dispersada es igual a la frecuencia de la radiación incidente.

En la aproximación no relativista (la velocidad de la partícula es mucho menor que la velocidad de la luz), la partícula se ve afectada principalmente por el campo eléctrico de la onda incidente. En este caso, la partícula comienza a oscilar en la dirección del campo eléctrico, emitiendo radiación electromagnética dipolar . Una partícula acelerada irradia predominantemente en la dirección perpendicular a la aceleración y la radiación se polariza paralelamente a la aceleración.

La intensidad (densidad de potencia espectral dispersada por unidad de volumen por unidad de tiempo por unidad de ángulo sólido ) de la onda dispersada se describe mediante la siguiente ecuación (en el sistema SI):

\frac{d\varepsilon_\lambda}{d\Omega}=I_{0\lambda}n\left(\frac{q^2}{4\pi\varepsilon_0 mc^2}\right)^2\frac{ 1+\cos^2\varphi}{2};

donde es la densidad de partículas cargadas, es la carga de la partícula, es la masa de la partícula, es la densidad espectral de potencia de la radiación incidente, es el ángulo entre la onda incidente y la dirección de observación, es la permitividad de la Aspirar $norte$ $q$ $metro$ $yo_{0\lambda}$ $\varphi$ $\varepsilon_{0}$

La cantidad se denomina sección transversal de dispersión diferencial. $\frac{d\sigma}{d\Omega}=\left(\frac{q^2}{4\pi\varepsilon_0 mc^2}\right)^2\frac{1+\cos^2\varphi} {2}$

La cantidad se denomina sección transversal de dispersión total. Como se deduce de la fórmula, la sección eficaz para la dispersión de un protón es insignificante en comparación con la sección eficaz para la dispersión de un electrón (inversamente proporcional al cuadrado de la masa). $\sigma_T=\frac{8\pi}{3}\left(\frac{q^2}{4\pi\varepsilon_0 mc^2}\right)^2$

Para un electrón, la sección eficaz de dispersión de Thomson es m² = 0,6652 barn . ${\ estilo de visualización \ sigma _ {T} = 6,652 \ veces \, 10 ^ {-29}}$

El valor m se llama el radio clásico del electrón . $\frac{e^2}{4\pi\varepsilon_0 m_ec^2}=2,8\times\,10^{-15}$

La dispersión de fotones de alta energía (rayos X y gamma) por electrones se caracteriza por un cambio en la longitud de onda de la radiación dispersada debido a efectos cuánticos, es decir, deja de ser Thomson. Esta dispersión con el cambio de longitud de onda se denomina efecto Compton . La dispersión de Compton difiere de la dispersión de Thomson no solo en el cambio en la energía del fotón disperso, sino también en una distribución angular diferente (en particular, la dispersión de Compton ocurre principalmente hacia adelante, en la dirección del fotón incidente, mientras que la dispersión de Thomson hacia adelante y hacia atrás). es simétrico - como se puede ver en la fórmula, la sección transversal no depende del signo del ángulo θ ). Sin embargo, en el límite de frecuencias cero, la sección transversal diferencial de la dispersión de Compton (descrita por la fórmula de Klein-Nishina ) pasa a la de Thomson.

Literatura

V. N. Tsytovich. Sobre la interpretación física de la dispersión de Thomson en plasma // UFN . - 2013. - T. 183 . — S. 195–206 .

Sheffield D. Dispersión de radiación electromagnética en plasma. — M .: Atomizdat, 1978. — 280 p.

Dispersión de Thomson

Literatura

Véase también