弾性散乱とは

2つ以上の粒子がエネルギーを失うことなく衝突すると、弾性散乱が発生します。 これは、粒子の方向が変化しても、システムの総運動エネルギー、または運動エネルギーが常に保存されることを意味します。 弾性散乱という用語は通常、微視的な粒子の研究である粒子物理学で使用されますが、巨視的なオブジェクト間で弾性衝突が発生することもあります。 衝突中にエネルギーが失われると、非弾性衝突が発生します。

弾性散乱という用語は、粒子と波の相互作用を記述する規則と方程式のセットである散乱理論に由来します。 巨視的な世界では、2つのオブジェクトが衝突する場合、通常は物理的な衝突が発生します。 ただし、粒子物理学では、電磁衝突などの他の力によってオブジェクトが衝突する場合があります。 弾性衝突は、あらゆるオブジェクト間およびあらゆるタイプの衝突で発生する可能性があります。

弾性散乱は素粒子物理学において非常に重要です。 たとえば、電子が他の粒子と衝突すると、エネルギーは失われないため、衝突は弾性的です。 これはラザフォード散乱として知られており、原子の構造の発見につながった現象です。

巨視的または物理的な世界では、2つの大きなオブジェクト間で真の弾性衝突が発生することは非常にまれです。 これは、大きな物体の内部で発生する振動だけでなく、周囲の力によるものです。 ただし、衝突を弾性として近似できる状況がいくつかあります。 これは、衝突後の2つのオブジェクトの予測された速度と方向をより簡単な方法で推定できるため便利です。

物理的な世界での弾性散乱の一般的な例は、2つのビリヤードボールの衝突です。 この衝突では摩擦により少量のエネルギーが失われますが、これは無視できるほど小さいものです。 2つのビリヤードボールが衝突すると、2番目のボールは最初のボールが失うエネルギー量とほぼ正確に一致するため、システムの総運動エネルギーが節約されます。

2つ以上の衝突するオブジェクトの合計エネルギーが保存されていない場合、非弾性散乱が発生します。 実世界のオブジェクト間の衝突では、非弾性衝突がはるかに一般的です。 これは主に、大きな物体が他の物体と衝突したときに発生する余分な振動によるものです。これらの振動は、運動に使用されるエネルギーを消費するためです。 ただし、弾性衝突と非弾性衝突の両方で運動量は常に保存されます。