Dispersión coherente de neutrones

Cuando hablamos de dispersión de neutrones estamos en el régimen de la mecánica cuántica. Idealmente, la sección transversal de dispersión está completamente definida si conocemos la función de onda del problema "neutrón + Masa ---> neutrón + Masa" tanto para dispersión elástica como inelástica.

La dispersión inelástica significa que el neutrón transfiere parte de su energía al chocar contra un núcleo, mientras que la elástica significa que no pierde energía sino que solo cambia de dirección. Esto está explicado en el enlace que diste.

Lo que no entiendo es que, dado que el núcleo es mucho más grande que el neutrón, clásicamente, el neutrón puede incluso rebotar después de la colisión y, por lo tanto, el ángulo de dispersión sería bastante grande.

Para un pequeño porcentaje de dispersión elástica, dependiendo de la energía y el tipo de masa en la que se dispersan los neutrones, existe una probabilidad de dispersión hacia atrás, ver aquí por ejemplo. Para la configuración descrita en el enlace que proporciona, las dispersiones elásticas de ángulo pequeño se eligen porque las fases son conocidas (coherentes), por lo que puede haber una superposición de las funciones de onda de neutrones. La sección transversal es el complejo conjugado al cuadrado de la función de onda y, por lo tanto, pueden aparecer interferencias.

Entonces, ¿cómo explicamos el pequeño ángulo de dispersión?

Es la elección para el estudio en cuestión, los ángulos de dispersión pequeños dan patrones de interferencia útiles y también son más probables en la estimación de probabilidad mecánica cuántica. Las dispersiones inelásticas de neutrones en los núcleos (interacción fuerte, no electromagnética) contribuyen al ruido. Los elásticos mantienen las fases y pueden transferir información útil.

Además de la respuesta de anna v, me gustaría aclarar algunos puntos de tu pregunta. Supongamos que la interacción que describe la dispersión de neutrones en la materia (digamos, núcleos atómicos). Independientemente del tipo de interacciones (más adelante te las cuento), se pueden caracterizar por la cantidad$q^{2} = q_{\mu}q^{\mu}$, dónde$q_{\mu}$es el 4-momento transferido del neutrón a la materia. Como se discute aquí ,$q^{2}$está íntimamente relacionado con la distancia$r$de la interacción; a saber$q^{2}\simeq r^{-2}$.

En general, es necesario tener en cuenta todos los valores posibles de$q^{2}$. Mientras$r \gg r_{n}$, dónde$r_{n}$es el radio del neutrón, el neutrón se puede interpretar como una partícula puntual y la dispersión suele ser elástica; de manera equivalente,$r \gg r_{n}$significa que$q^{2} \ll r_{n}^{-2}$. En el marco del centro de masa (CM),

$$\tag 1 q^{2} = -4|\mathbf p_{\text{CM}}|^{2}\sin^{2}\left(\frac{\theta_{\text{CM}}}{2}\right),$$ dónde $|\mathbf p_{\text{CM}}|$es el neutrón 3-momentum en el marco CM, mientras que $\theta_{\text{CM}}$es el ángulo de dispersión CM. De $(1)$ves que la pequeñez de $q^{2}$significa, para fijo $|\mathbf p_{\text{CM}}|$, la pequeñez de $\theta_{\text{CM}}$; cuanto más $|\mathbf p_{\text{CM}}|$es, cuanto menos $\theta_{\text{CM}}$debe estar en orden $q^{2}$ser pequeño Pero la pequeñez de $\theta_{\text{CM}}$simplemente significa que el neutrón disperso se mueve casi en la misma dirección que el entrante. Esto es lo que se puede llamar la dispersión coherente .

Hablemos ahora brevemente sobre los tipos de interacciones. El neutrón interactúa con la materia mediante la emisión de portadores de interacción, que dependiendo del valor de$q^{2}$pueden ser fotones,$W,Z$-bosones, gluones, piones y otros; el neutrón no necesita ser absorbido y reirradiado para interactuar. Todos los portadores se pueden clasificar como portadores fuertes, débiles y de interacción electromagnética. Dependiendo del tipo de interacción entre el neutrón y la materia, la contribución dominante en la sección transversal de dispersión total viene dada por diferentes valores de$q^{2}$. Las interacciones fuertes y débiles típicamente se caracterizan por grandes$q^{2}$típicamente más grande que$r_{n}^{-2}$, mientras que la interacción electromagnética domina para pequeños $q^{2}$; por eso lo llamamos interacción de largo alcance. Este último explica cualitativamente la existencia de interacción de ángulos de dispersión pequeños.