Mientras almorzábamos con mi grupo de laboratorio, discutimos los diferentes tipos de fenómenos de dispersión que encontramos en la vida cotidiana y en los experimentos físicos. Terminamos enumerando alrededor de una docena o más de tipos de dispersión que vemos constantemente, pero lo dejé sin cumplir.
Quiero compilar una lista de fenómenos de dispersión y una breve descripción. Como mínimo, esto será útil para quienes tomen el GRE de física en un futuro cercano; de lo contrario, es un buen ejercicio para cualquier persona interesada en la física, incluso para aquellos en física profesional.
Comenzaré a darle la idea básica de lo que estoy buscando, siéntase libre de elaborar la descripción tanto como desee. Una ecuación es útil si se expresa fácilmente
Dispersión de Compton : dispersión de un fotón fuera de una partícula, el fotón imparte impulso a la partícula y pierde parte de su energía, el cambio en la longitud de onda se describe mediante
Dispersión de Raleigh : dispersión elástica de fotones fuera de las moléculas y otras partículas (micro y macro), los fotones no pierden energía sino que cambian de dirección. Tiene una fuerte dependencia de la frecuencia y es la razón por la que el cielo es azul (y por la que se pueden ver los rayos del puntero láser en la oscuridad).
PD: todavía no tengo la reputación para crear etiquetas, y no hay etiquetas relevantes para esta pregunta (dispersión de lista grande), no dude en volver a etiquetar según sea necesario
Dispersión de Mie : la teoría exacta a la que la dispersión de Raleigh es la aproximación de partículas pequeñas.
La dispersión, interpretada en términos generales, es solo "probar con onda o partícula" y "medir respuesta" y, por lo tanto, afirmo que es el principio detrás de la mayoría, si no de todas, las técnicas experimentales en física.
La mayoría de las técnicas de dispersión que presento a continuación son "solo" aplicaciones de la dispersión de Rayleigh, pero espero que pueda ver que la simplicidad de la dispersión de Rayleigh es precisamente lo que las convierte en herramientas experimentales útiles.
Los experimentos de dispersión de neutrones y rayos X se utilizan para encontrar la estructura de materiales complicados, por ejemplo. La palabra clave aquí es " ley de Bragg " en el caso de redes cristalinas.
Una técnica popular para sondear la dinámica es la " dispersión de luz dinámica ". El principio aquí es que la dispersión puede detectar fluctuaciones debidas al movimiento browniano en fluidos complejos, y esta información está codificada en la autocorrelación de la intensidad medida.
Con los experimentos de dispersión, puede pensar que está jodido si su sonda se dispersa varias veces antes de volver a su detector (porque entonces, ¿cómo podrá interpretar los datos?). Sin embargo, la espectroscopia de onda difusa es una técnica muy inteligente que se aplica en presencia de múltiples eventos de dispersión.
El campo de la acústica tiene que ver con la dispersión de ondas sonoras. En los materiales, hay mucho interés en el estudio de los fonones; estos también se prueban mediante dispersión de varios tipos.
En la interpretación generalizada de la dispersión, las mediciones de conductividad/resistividad en materia condensada dura también se convierten en experimentos de dispersión. Allí, prueba con una onda electromagnética haciendo que el voltaje en un cable a su muestra oscile, y mide la respuesta en forma de corriente de electrones. Ejemplos de materiales recientemente populares estudiados de esta manera: superconductores de alta temperatura , dispositivos Hall cuánticos enteros y fraccionarios , grafeno , aisladores topológicos , etc.
Y obviamente, desde este punto de vista, los colisionadores y detectores de partículas también hacen una especie de experimento de dispersión.
La lista sigue y sigue. Muchas, si no la mayoría de las cosas que se estudian en física, son ondas de algún tipo y, por lo tanto, los procesos de dispersión son muy relevantes para los experimentos. Un no ejemplo destacado es la mayor parte de la astrofísica, donde no tenemos ninguna posibilidad de sondear las estrellas nosotros mismos y solo podemos observar lo que hacen por sí mismos. Podría argumentar que la astrofísica es, por lo tanto, solo "observacional" y no "experimental".
El proceso inverso de dispersión de Compton ( Inverse Compton ) es un proceso en el que una partícula cargada relativista dispersa un fotón de baja energía y aumenta su energía en una cantidad proporcional al cuadrado del factor de Lorentz de la partícula.
Este proceso es muy importante en Astrofísica. Es uno de los mecanismos básicos que producen radiación gamma en los AGN.
Otro proceso que podría considerarse como un proceso de dispersión es la desviación gravitatoria de la luz del Sol o de cualquier otro objeto masivo. Ese proceso puede describirse como si el espacio-tiempo fuera un medio de índice de refracción variable.
donde alfa es la distancia mínima del haz de luz al Sol.
Finalmente, en mecánica cuántica , se puede considerar la dispersión de partículas por un potencial. La descripción se da con la ayuda de la función de onda, donde las partículas se describen como ondas que son transmitidas o reflejadas por el potencial.
Tobias Kienzler
crasico
Abhimanyu Pallavi Sudhir