Szórás (fizika)

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

A szórás fizikai jelensége részecskék egymással vagy egy erőcentrummal való ütközése, kölcsönhatása során létrejövő rendezetlen, de matematikailag általában leírható módon történő irányváltoztását jelenti. [1] A szórás mennyiségi jellemzésére a hatáskeresztmetszet fogalmát használjuk.

Rugalmas és rugalmatlan szórás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Ha a kölcsönhatás során a részecskék teljes mozgási energiája és impulzusa megmarad, akkor rugalmas szórásról beszélünk. Ha a mozgási energia megmaradása nem érvényesül, mert annak egy része az energia más formájává alakul, pl. egyes résztvevők gerjesztett állapotba kerülnek úgy, hogy a kezdeti és végállapoti részecskék még megfeleltethetőek egymásnak, akkor rugalmatlan szórás történt. Ha pedig a folyamat során egyes részecskék eltűnnek, vagy újak keletkeznek, akkor az a mélyen rugalmatlan szórás esete.

Egyszeres és többszörös szórás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Elektromágneses szórás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Általánosságban egy elektromosan töltött részecske szórása elektromágneses erőcentrumon vagy egy másik töltött részecskén a Coulomb-szórás. Ezt kísérletileg Rutherford vizsgálta először alfa-részecskéknek arany-atommagokon való szórásával, amit Rutherford-szórásnak hívunk.

Az elektron rugalmas szórása pozitronon a Bhabha-szórás.

Fotonszórás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A klasszikus elektrodinamikában a Rayleigh-szórás a fény szóródása a fény hullámhosszánál sokkal kisebb kiterjedésű nemfémes részecskéken (anyagdarab, porszemcse, vízcsepp), ami az ég kék színéért és a hajnalpírért is felelős. [2] Amennyiben a fény hullámhossza és az anyagdarabkák mérete nagyjából megegyezik, akkor Mie-szórásról beszélünk. Ha pedig a fény hullámhossza sokkal kisebb, mint az anyagdarab, amelyiken szóródik, akkor geometrikus szórás történik.

Az infravörös abszorpció, és a szórások során bekövetkező átmeneteket szemléltő energiaséma

Foton szórása szabad vagy gyengén kötött elektronon a Compton-szórás. Ennek nemrelativisztikus határesete – amikor a foton energiája sokkal kisebb, mint az elektron nyugalmi energiája – a Thomson-szórás. A Compton-szórás szabad elektronon rugalmas szórás, kötött elektron esetén viszont rugalmatlan. A fotoeffektus is egy rugalmatlan Compton-szórás. A foton mélyen rugalmatlan szórása (kölcsönhatása) anyaggal az anyagban történő párkeltés.

Ha monokromatikus fényt bocsátunk keresztül anyagon, akkor bizonyos esetekben a kezdeti  \nu frekvencia mellett - kisebb intenzitással - két másik  \nu \pm \nu_k frekvenciájú komponenst is megfigyelhetünk a szórt fényben. Ez a jelenség a rugalmatlan fotonszórás egyik esete, és Raman-szórásnak vagy Raman-effektusnak nevezzük.[3] A fotonok és az anyag részecskéinek kölcsönhatása miatt - a szórás alatt - megváltozik a rendszer vibrációs-rotációs állapota, a megváltozott energiaállapotnak megfelelő energiakülönbséget a foton adja vagy kapja. Ennek megfelelően a szórt foton frekvenciája a közeg egy adott vibrációs, illetve rotációs frekvenciájával lesz kisebb vagy nagyobb, mint a beesőé volt. A nagyobb valószínűséggel bekövetkező frekvenciacsökkenés nyomán figyelhetjük meg a Stokes-Raman vonalakat, a kisebb valószínűségű frekvencianövekedés következtében pedig az anti Stokes-Raman vonalakat. A jelenség különbözik az infravörös spektroszkópiában kihasznált kölcsönhatástól, amikor is az infravörös hullámhosszú foton elnyelése gerjeszti a rendszer vibrációs-rotációs energiaállapotait, és ennek az elnyelődésnek a mértékét figyeljük meg. A Raman-spektroszkópiai eljárásoknál látható hullámhosszú fénnyel világítjuk meg a mintát, és egy másik hullámhosszon, de szintén a láthatóban figyeljük meg a mintáról jövő fényt. A két jelenség lényege közötti különbséget, illetve a Rayleigh-szórást szemlélteti az ábra. A szórások esetén az átmeneteket jelző vonalak vastagsága arányos a folyamat bekövetkezésének valószínűségével.

Hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Fizikai kislexikon szóródás, szórás
  2. Fizikai kislexikon Rayleigh-szórás
  3. N.B. Colthup, L.H. Daly, S.E. Wiberley: Introduction to Infrared and Raman Spectroscopy, Elsevier

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Fizikai kislexikon: Fizikai Kislexikon. Műszaki Könyvkiadó, Budapest. 963 10 1695 1 (1977) 

További információk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]