Объяснение рисунков и формул по N-N рассеянию при высоких энергиях

Определение предмета и раздела

Предмет: Физика
Раздел: Ядерная физика, раздел "Рассеяние частиц"

Объяснение рисунков и формул по N-N рассеянию при высоких энергиях

Общие сведения о рассеянии нуклонов при высоких энергиях

При рассеянии нуклонов (нейтронов и протонов) на высоких энергиях процессы начинают зависеть от деталей ядерного потенциала. Это приводит к тому, что:

1. Рассеяние перестает быть изотропным, то есть угол рассеяния уже не равномерно распределен.
2. Вклад в рассеяние начинают вносить более высокие гармоники, такие как P-волна (с орбитальным моментом l=1) и D-волна (l=2), а не только S-волна (l=0).
3. Из-за этого можно получить дополнительную информацию о потенциальном взаимодействии между нуклонами.

Разбор рисунков

Верхний рисунок (изотропное рассеяние)

На этом графике показано, что при низких энергиях рассеяние частиц происходит изотропно – частицы разлетаются равномерно во все стороны. Однако при увеличении энергии рассеяние начинает зависеть от угла.

Нижний рисунок (схематическое изображение отклонения нуклона)

1. Штрихованная область – это зона, в которой начинают действовать ядерные силы, влияющие на движение налетающего нуклона.
2. Сплошная линия – траектория движения налетающего нуклона, который после взаимодействия отклоняется на угол \theta.
3. Формулы на рисунке описывают изменение энергии и импульса налетающей частицы.

Разбор формул

Энергия налетающей частицы

Полная кинетическая энергия налетающего нуклона:
E = \frac{p^2}{2M}
где:

• p – импульс частицы,
• M – масса нуклона.

После взаимодействия импульс изменяется на \Delta p, и новая энергия выражается как:
E' = \frac{(p + \Delta p)^2}{2M} \approx \frac{p^2}{2M} + \frac{p \Delta p}{M}

Так как энергия взаимодействия потенциальная (V), то можно записать:
E' = E - V

Определение угла рассеяния

Изменение импульса связано с углом рассеяния \theta:
\theta \approx \frac{\Delta p}{p} \approx \frac{V}{E}

То есть угол отклонения зависит от отношения потенциальной энергии взаимодействия к кинетической энергии налетающей частицы.

Выводы

• При низких энергиях рассеяние изотропно (равномерно во все стороны).
• При высоких энергиях рассеяние становится анизотропным, и вклад начинают вносить различные гармоники (S, P, D-волны).
• Угол отклонения нуклона можно оценить через отношение V/E.
• Анализ угловых распределений позволяет изучать структуру ядерного потенциала.

Таким образом, на этих рисунках показано, как именно изменяется поведение частиц при рассеянии на высоких энергиях, и какие физические параметры на это влияют.