基本介紹
- 中文名：有效截面
- 外文名：effective cross-section
- 所屬領域：物理學
- 用途：表征原子或原子核碰撞機率
- 套用：研究α粒子散射實驗
- 定義：瞄準距離為半徑的圓靶的面積
概念,意義,分類,
概念
有效截面表示入射粒子通過只含一個散射粒子的薄靶層時受到的散射機率。如果在垂直於入射方向的單位面積的薄靶層內含有n個散射粒子，則在這些散射粒子靜止的坐標系中，有效截面的總和為nα，這就是入射粒子通過粒子密度為n的薄靶層時所受到的散射機率。
當粒子與原子或其他粒子接近時，除了發生散射外，還可能發生吸收、俘獲、或引起原子核反應、原子激發、原子核激發等現象。為了表征這些效果的機率，人們引用了吸收截面、俘獲截面、反應截面及激發截面等。有效截面的概念已被廣泛地套用於原子核原子核物理中。
有效截面實際上是入射粒子和靶粒子之間起某種作用的幾率的量度。因此這種有效截面不是屬於靶粒子所固有，而應屬於入射粒子和靶粒子所共有的。
意義
“你要知道原子的組織同性質，你就得實行物理學和化學的實驗，變革原子的情況。在物理學中變革原子或基本粒子的方式，不外“放出來”和“打進去”兩種。所謂“放出來”就是原子或基本粒子本來處於不穩定的激髮狀態而自動向基態躍遷時發出訊息。例如天然發射物衰變時所發射出來的α粒子，電子或光子的運動狀態，原子的自發輻射光譜，這些都是泄露內部機密的訊息。實際上這些訊息也是我們研究原子和基本粒子內部結構和它們相互作用的重要依據。
可是單純這種“放出來”的方式，往往不是我們所能控制的，只可遇而不可求。因此我們常常需要採用“打進去”的方式，來進行有計畫的實驗。所謂“打進去。就是用一束入射粒子（通常使它們處於一定動量的狀態）作為。偵察員”打進原子或其他靶粒子的內部去巡視一番，而後再射出來，此時已改變了它原來的運動狀態；或者入射粒子引起靶粒子激發後放出其他粒子來。這樣，就為我們探索靶粒子的結構以及入射粒子和靶粒子之間的相互作用提供重要的依據。因此在研究基本粒子的結構和相互作用時，最常用的實驗方法就是粒子間的相互碰撞。在碰撞（或稱散射）的實驗中所測量的重要物理量就是所謂有效截面。有效截面幾乎包含了粒子內部結構和相互作用的全部訊息，是今非常重要的物理量。
分類
有效截面也是有各種各樣的有效截面。例如入射粒子可能被靶粒子吸收而不再在末態中出現（當然這時可能在末態中出現其他粒子）。這種過程的有效截面就稱為入射粒子被靶粒子吸收的有效截面。多數情況下入射粒子在碰撞後，依然出現在末態，不過改變了它；的原來的狀態。這種過程的有效截面就稱為碰撞（或稱為散射）有效截面。
在碰撞截面中又可分為彈性和非彈性兩種。所謂彈性散射就是靶粒子的內部運動狀態（靶粒子的反衝不包括在內）在碰撞前後沒有改變。與此相反，非彈性散射就是靶粒子的內部運動狀態由於碰撞而發生變化，一般由於靶粒子的內部運動狀態被激發，而伴隨有其他粒子在末態出現。
不論是在實驗觀測中，還是理論分析中，討論得較多的是彈性散射。下面我們就來著重介紹彈性散射的有效截面。在一束入射粒子中並非全部都可以和靶粒子起作用。
