Амплитуда рассеяния

Квантовая механика
Введение^[англ.] История Математические основы
Основа Классическая механика Постоянная Планка Интерференция Бра и кет Гамильтониан Старая квантовая теория
Фундаментальные понятия Квантовое состояние Квантовая наблюдаемая Волновая функция Квантовая суперпозиция Квантовая запутанность Смешанное состояние Измерение Неопределённость Принцип Паули Дуализм Декогеренция Симметрия Теорема Эренфеста Туннельный эффект
Эксперименты Опыт Дэвиссона — Джермера Опыт Франка — Герца Опыт Штерна — Герлаха Опыт Юнга Квантовый ластик Квантовый ластик с отложенным выбором Проверка неравенств Белла Фотоэффект Эффект Комптона
Формулировки Представление Шрёдингера Представление Гейзенберга Представление взаимодействия Представление фазового пространства Матричная квантовая механика Интегралы по траекториям Диаграммы Фейнмана
Уравнения Шрёдингера Паули Клейна — Гордона Дирака Швингера — Томонаги фон Неймана Блоха Линдблада Гейзенберга
Интерпретации Копенгагенская Теория скрытых параметров Локальная^[англ.] Супердетерминизм Многомировая Теория де Бройля — Бома
Развитие теории Квантовая теория поля Квантовая электродинамика Теория Глэшоу — Вайнберга — Салама Квантовая хромодинамика Стандартная модель Квантовая гравитация
Сложные темы Релятивистская квантовая механика Квантовая теория поля Квантовая гравитация Теория всего
Известные учёные Планк Эйнштейн Шрёдингер Гейзенберг Йордан Бор Паули Дирак Фок Борн де Бройль Ландау Фейнман Бом Эверетт
См. также История возникновения Глоссарий^[англ.] ЭПР-парадокс
См. также: Портал:Физика

Амплиту́да рассе́яния в квантовой физике — характеристика рассеянной волны: амплитуда исходящей сферической волны относительно входящей плоской волны в процессе рассеяния в стационарном состоянии[1]. Последнее описывается волновой функцией

${\displaystyle \psi (\mathbf {r} )=e^{ikz}+f(\theta ){\frac {e^{ikr}}{r}}\;,}$

где ${\displaystyle \mathbf {r} \equiv \{x,y,z\}}$ — координатный вектор; ${\displaystyle r\equiv |\mathbf {r} |}$; ${\displaystyle e^{ikz}}$ — входящая плоская волна с волновым вектором ${\displaystyle k}$ вдоль оси ${\displaystyle z}$; ${\displaystyle e^{ikr}/r}$ — исходящая сферическая волна; ${\displaystyle \theta }$ — угол рассеяния; ${\displaystyle f(\theta )}$ — амплитуда рассеяния. Размерность амплитуды рассеяния — длина.

Дифференциальное эффективное поперечное сечение имеет вид

${\displaystyle {\frac {d\sigma }{d\Omega }}=|f(\theta )|^{2}\;.}$

В низкоэнергетическом режиме амплитуда рассеяния определяется длиной рассеяния^[англ.].

На расстояниях, значительно превосходящих размеры рассеивателя, при упругом рассеянии волну в среде можно представить в виде суммы плоской волны, налетающей на рассеиватель, и сферической волны:

${\displaystyle \psi =e^{i\mathbf {k} \cdot \mathbf {r} }+{\frac {A(\theta ,\varphi )}{r}}e^{ikr}}$,

где ${\displaystyle \mathbf {k} }$ — волновой вектор, k — волновое число, ${\displaystyle A(\theta ,\varphi )}$ — амплитуда рассеяния.

Амплитуда рассеяния полностью характеризует процесс рассеяния и в общем случае зависит от направления, в котором наблюдается рассеянная волна. В отличие от сечения рассеяния (эффективного поперечного сечения) амплитуда рассеяния сохраняет информацию о фазе рассеянной волны.

Амплитуду рассеяния вперёд (без отклонения) связывает с сечением рассеивания оптическая теорема.

Разложение по парциальным волнам

При разложении по парциальным волнам амплитуда рассеяния представляет собой сумму так называемых парциальных волн[2]

${\displaystyle f(\theta )=\sum _{l=0}^{\infty }(2l+1)f_{l}(k)P_{l}(\cos(\theta ))\;,}$

где ${\displaystyle f_{l}(k)}$ — амплитуда парциальной волны и ${\displaystyle P_{l}(\cos(\theta ))}$ — многочлен Лежандра.

Амплитуда парциальной волны может быть выражена через элемент матрицы рассеяния ${\displaystyle S_{l}=e^{2i\delta _{l}}}$ и фазу рассеяния ${\displaystyle \delta _{l}}$ как

${\displaystyle f_{l}={\frac {S_{l}-1}{2ik}}={\frac {e^{2i\delta _{l}}-1}{2ik}}={\frac {e^{i\delta _{l}}\sin \delta _{l}}{k}}={\frac {1}{k\operatorname {ctg} \delta _{l}-ik}}\;.}$

Рентгеновское излучение

Длина рассеяния рентгеновского излучения тождественна длине томсоновского рассеяния — классическому радиусу электрона ${\displaystyle r_{0}}$.

Примечания

1. (en) Zettili, Nouredine. Quantum Mechanics: Concepts and Applications. — 2nd ed. — 2009. — P. 623. — ISBN 978-0-470-02679-3.
2. (en) Fowler, Michael. Plane Waves and Partial Waves // Graduate Quantum Mechanics Notes. — 2008. — 17 января.

Литература

• Амплитуда рассеяния / В. П. Павлов // А — Ангоб. — М. : Советская энциклопедия, 1969. — С. 539. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 1).
• Ситенко А. Г. Лекции по теории рассеяния. — Киев : Вища школа, 1971.

Математика   Физика