| ности (суммарная вероятность рассеяния по всем возможным каналам реакции должна равняться 1), также накладывает ограничения на матричные элементы процессов. Одно из важных соотношений, вытекающих из этого условия, - оптическая теорема, связывающая амплитуду упругого рассеяния на угол 0° с полным сечением (суммой сечений упругого рассеяния и сечений всех возможных неупругих процессов).
Из общих принципов квантовой теории (микропричинности условия, релятивистской инвариантности и др.) следует, что матричные элементы S-матрицы являются аналитическими функциями в нек-рых областях комплексных переменных. Аналитич. свойства матричных элементов S-матрицы позволяют получить ряд соотношений между определяемыми из опыта величинами - т. н. дисперсионные соотношения (см. Сильные взаимодействия), Померанчука теорему и др.
В случае упругого рассеяния бесспиновых частиц асимптотика волновой функции ф(r), являющейся решением Шрёдингера уравнения, имеет вид:
[21342-33.jpg]
Здесь r - расстояние между частицами, k = р/h - волновой вектор, р - импульс в системе центра инерции (с. ц. и.) сталкивающихся частиц, h - постоянная Планка, О - угол рассеяния, f(O) - амплитуда рассеяния, зависящая от угла рассеяния и энергии сталкивающихся частиц. Первый член в этом выражении описывает свободные частицы с импульсом р = hk (падающая волна), второй - частицы, идущие от центра (рассеянная волна). Дифференциальное сечение рассеяния определяется как отношение числа частиц, рассеянных за единицу времени в элемент телесного угла dO, к плотности потока падающих частиц. Сечение рассеяния на угол O (в с. ц. и.) в единичный телесный угол равно:
[21342-34.jpg]
Для амплитуды рассеяния имеет место след. разложение по парциальным волнам (волнам с определённым орбитальным моментом l):
[21342-35.jpg]
Здесь Pl(cosO) - Лежандра многочлен, Sl - коэфф. разложения, к-рые зависят от характера взаимодействия и являются матричными элементами S-матрицы (в представлении, в к-ром она диагональна по энергии, моменту количества движения и проекции момента). Если число падающих на центр частиц с моментом l равно числу идущих от центра частиц с тем же моментом (случай упругого рассеяния), то |Sl| = 1. В общем случае |Sl| =<1. Эти условия являются следствием условия унитарности S-матрицы. Если возможно только упругое рассеяние, то Sl может быть представлено в виде: Sl = e2iol, где ol - веществ. величины, наз. фазами рассеяния. Если ol = 0 при нек-ром l, то рассеяние в состояние с орбитальным моментом l отсутствует.
Полное сечение упругого рассеяния равно:
[21_36-1.jpg]
где olупр - парциальное сечение упругого рассеяния частиц с орбитальным моментом l, Л = 1/k - длина волны де Бройля частицы. При Sl = -1 oупр достигает максимума и равно:
[21_36-2.jpg]
при этом ol = Пи /2 (резонанс в рассеянии). Т. о., при резонансе сечение процесса определяется де-бройлевской длиной волны Л и для медленных частиц, для к-рых Л > Ro, где Ro - радиус действия сил, намного превосходит величину Пи Ro2 (классич. сечение рассеяния). Этот факт (непонятный с точки зрения классич. теории рассеяния) является следствием волновой природы микрочастиц.
Поведение сечения рассеяния вблизи резонанса определяется формулой Брейта - Вигнера:
[21_36-3.jpg]
где Ео - энергия, при к-рой сечение достигает максимума (положение резонанса), а Г - ширина резонанса. При Е = Ео ± 1/2Г сечение ol равно 1/2 ol
Полное сечение всех неупругих процессов равно:
[21_36-4.jpg]
Условие унитарности ограничивает величину парциального сечения для неупругих процессов:
[21_36-5.jpg]
Для короткодействующих потенциалов взаимодействия осн. роль играют фазы рассеяния с l~< b/k, где b - радиус действия сил. Это условие можно переписать след. образом: l/k~[21_36-6.jpg]
и сечение рассеяния не зависит от угла (рассеяние сферически симметрично). При малых энергиях имеет место разложение:
[21_36-7.jpg]
Параметры а и ro наз. соответственно длиной рассеяния и эффективным радиусом рассеяния. Эти величины определяются из опыта и являются важными характеристиками сил, действующих между частицами. Длина рассеяния равна по величине и противоположна по знаку амплитуде рассеяния при k = 0. Полное сечение рассеяния в точке k =0 равно oo = 4 Пи a2.
Если у частиц имеется связанное состояние с малой энергией связи, то рассеяние таких частиц при kb << 1 носит резонансный характер (типичный пример - рассеяние нейтронов протонами в состоянии с полным спином J = 1; в этом состоянии у системы нейтрон - протон имеется уровень, соответствующий связанному состоянию - дейтрону). Сечение рассеяния в этом случае зависит только от энергии связи.
|