¿Por qué la sección transversal de interacción total es mayor para las partículas incidentes con menor energía?

La sección transversal de una interacción nuclear es una medida de la probabilidad de que ocurra esa interacción. Estas probabilidades se presentan típicamente en términos de graneros ( 10 28 metro 2 ) en función de la energía de la partícula incidente. Puede buscar valores aquí con un poco de búsqueda. Aquí hay un ejemplo:

ingrese la descripción de la imagen aquíFigura 1: Sección transversal de absorción total de neutrones de 238 tu

Creo que es una regla general que la sección transversal de interacción total disminuye al aumentar la energía de la partícula incidente. Este fenómeno es claramente evidente en la sección transversal de absorción de neutrones que se muestra arriba porque no hay complicaciones por la repulsión de Colomb.

En la universidad de pregrado, nunca avancé lo suficiente en física para calcular estos valores. En la escuela de posgrado, tomé clases de ingeniería nuclear y usé estos valores, pero la discusión sobre sus orígenes fue superficial. Entiendo que los picos corresponden a los niveles de energía de estados estables o metaestables del núcleo objetivo, pero nunca entendí del todo:

¿Por qué la sección transversal de interacción total disminuye al aumentar la energía de la partícula incidente?

Siempre imaginé que se trataba de un fenómeno cuántico resultante de la mayor localización de la partícula incidente en las direcciones perpendiculares a la trayectoria de viaje debido a la mayor energía. ¿Mis reflexiones eran correctas?

Respuestas (1)

En general, no es cierto que "la sección transversal de las interacciones nucleares [es] mayor para las partículas incidentes con menor energía". Depende del tipo de reacción. No especificaste el tipo de reacción en tu título, y aunque presentaste un gráfico, no nos dijiste qué tipo de reacción era en el gráfico, solo que era una sección transversal de absorción total. ¿Absorción de qué? ¿neutrones? partículas alfa? Hace la diferencia.

Para las partículas cargadas positivamente, como las alfas, la sección transversal de las reacciones nucleares (no la excitación de Coulomb) es efectivamente cero a energías muy por debajo de la barrera de Coulomb. Una vez que te acercas a la barrera de Coulomb, comienza a haber una probabilidad apreciable de hacer un túnel, y la sección transversal crece y comienza a ser significativa. A energías por encima de la barrera, sigue creciendo. Para alfas en uranio, la sección transversal total simplemente seguiría aumentando en función de la energía, acercándose gradualmente a un límite igual a la sección transversal geométrica π ( r 1 + r 2 ) 2 (o algo ligeramente diferente a eso porque el uranio no es del todo esférico). En esta situación, la longitud de onda de de Broglie del alfa es insignificante en comparación con r 1 y r 2 .

Dado que el gráfico que publicó muestra grandes secciones transversales a energías muy bajas, supongo que es para una partícula sin carga, probablemente neutrones. La razón por la que la sección transversal puede ser mayor a energías más bajas es que los neutrones tienen una longitud de onda mayor a energías más bajas, por lo que el neutrón es un paquete de ondas que cubre una gran cantidad de espacio.

Debería haber especificado la sección transversal de interacción total para las preguntas, ya que creo que esto, en general, disminuye con el aumento de la energía de la partícula incidente. Mi gráfico de la sección transversal de absorción de neutrones fue probablemente una mala elección entonces y lo cambiaré. Gracias por los comentarios y tu último párrafo que parece corroborar mi hipótesis.
Además, a medida que crecen las energías, crecen las secciones transversales para la física de partículas: pdg.lbl.gov/2009/reviews/rpp2009-rev-cross-section-plots.pdf fig40.10, página 11.