弾性散乱とは何ですか？

弾性散乱は、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発生します。これは、粒子の方向が変化する可能性があるが、システムの総運動エネルギー、または動き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も発生する可能性があります。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、散乱理論から生まれます。これは、粒子と波がどのように相互作用するかを表すルールと方程式のセットです。巨視的な世界では、2つのオブジェクトが衝突すると、通常は物理的な衝突を介して行われます。しかし、粒子物理学では、オブジェクトは電磁衝突を含む他の力を介して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。。たとえば、電子が他の粒子と衝突すると、エネルギーが失われないため、衝突は弾力性があります。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可能性は非常に低いです。これは、周囲の力と大きなオブジェクト内で発生する振動によるものです。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、衝突後に予測された速度と2つのオブジェクトの方向が、より単純な方法を使用して推定できるため有用です。

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。摩擦のためにこの衝突では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です。いつ2つのビリヤードボールが衝突し、2番目のボールは最初のボールが失うエネルギーの量をほぼ正確に獲得するため、システムの総運動エネルギーが保存されます。

弾性散乱は、2つ以上の衝突オブジェクトの総エネルギーが保存されていない場合に発生します。現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、大きなオブジェクトが別のオブジェクトと衝突するときに発生する余分な振動が原因であり、これらの振動は動きに使用されるエネルギーをとるためです。ただし、勢いは、弾性と非弾性の両方の衝突の両方で常に保存されています。