碰撞理论研究的是粒子间的一种相互作用。力学理论基础是动量守恒定律和能量守恒定律。粒子多种多样使碰撞理论分为:原子的碰撞、等离子体的碰撞等等。同属于粒子间的相互作用的还有:轻原子核的聚合、正负电子的湮没、荷电π介子的衰变、中子的beta衰变、核子N与π介子的相互作用、光子gamma与电子e-的散射等。
每个物体的各自动能发生不连续变化的过程称作物理碰撞,简称碰撞。例如,电子枪发射的高速电子与原子核外电子之间的相互作用。其中,轫致辐射应该是没有发生碰撞的,所以动能变化是连续的。而,如果电子在原子核外电子电场力的作用下减速后,还具有充足的动能,就会把原子的内层电子碰撞出轨道。碰撞过程的每个电子的各自动能的变化是不连续的。
物理化学研究的是二者兼有的相互作用。
- 中文名
- 碰撞理论
- 外文名
- collision threory
- 应用学科
- 物理学(化学、物理化学)
利用动量守恒和能量守恒定律可以得到一系列关于各种力学过程特性的结论。特别重要的是,这些性质完全不依赖于粒子间具体的相互作用形式。
粒子分裂研究的是粒子自动、没有外力作用分裂成两个组成部分的问题,分裂后两个粒子独立运动。
能量为正时反应才可能发生。由此可以确定动量 的大小,两个粒子的速度分别为:
设有一束实验粒子,相对于靶心的速度为 ,粒子数密度为 ,定义粒子流强 ,表示单位时间内,通过垂直于粒子流方向的单位面积的粒子数。选取球坐标系,设极轴(z轴)与入射粒子运动方向一致,靶粒子位于坐标原点 。单位时间内,流强为 的粒子流被一个 类粒子散射后,通过立体角元 的 类粒子数 正比于流强 和立体角元 :
其中, 是单位时间内通过立体角元 的粒子数。 称为微分散射截面,但其实是一个比例系数。这里的 和 都是泛指粒子的类型,而不是特指 粒子和 粒子。这是因为这个比例系数是和实验粒子、散射中心粒子的类型有关的。
“单位面积”不同于“微分”。平面和球面的单位面积一定是相同的,但是微分可以不同。
根据立体角元微分:
因为所求的是立体角元 通过的粒子数,而立体角元 是对球面有意义的,因此应该认为 是单位面积,那么 一定比单位面积小,而且一定等于单位面积的 倍。
因此,通过球面单位面积的粒子数,一定就等于通过平面单位面积的粒子数的 倍。这个比值就称为“微分散射截面”。
另一方面,散射中心对德拜球内的所有带电粒子同时发生相互作用,因此,等离子体中带电粒子的相互作用一般是多体相互作用,而不像中性粒子之间的碰撞是二体。当然,当碰撞参数很小时,所观察的两个带电粒子的相互作用,可以近似地忽略其他带电粒子存在的影响,近似地看成二体碰撞。对于一般多体碰撞,在一定近似下,也可以看成一系列无关的二体碰撞的叠加。
在什么条件下,才能够实现狄拉克理论所预言的电子-正电子对呢?正能态能级和负能态能级之间存在着 的间距。为了产生电子对,必须让真空吸收能量大于 的光子,这样,“负能电子海”中一个电子激发越过禁区,跳到正能态能级区,表现为一个正能量的电子 ,同时留下的电子“空穴”则表现为一个带正电荷的正电子 。综合上述,发生了如下的过程:
条件是“原子核场中”。
反过来讲,如果电子海中有一个空位(即有一个正电子),那么正能态电子(即电子),就能够跳到这个空位上去,并放出能量和大于 的光子。伴随着光子的产生,电子对消失了。正负电子相遇,可以转变为两个 光子,记作 。
括号中的数字代表粒子携带的能量。这四个反应的总结果可以看做是6个氘核聚合成两个 并放出两个质子和两个中子,同时释放出 能量的过程,即
粒子的相互作用包括:
(2)中子 衰变