Dispersión es un término utilizado en física para describir una amplia gama de procesos físicos en los que partículas en movimiento o radiación de alguna forma, como luz o sonido , se ven obligadas a desviarse de una trayectoria recta debido a no uniformidades localizadas (incluidas partículas y radiación) en el medio por el que pasan. En el uso convencional, esto también incluye la desviación de la radiación reflejada del ángulo previsto por la ley de reflexión . Los reflejos de la radiación que sufren dispersión a menudo se denominan reflejos difusos y los reflejos no dispersos se denominan especulares.Reflejos (como de espejo). Originalmente, el término se limitaba a la dispersión de la luz (remontándose al menos hasta Isaac Newton en el siglo XVII [1] ). A medida que se descubrieron más fenómenos similares a "rayos", la idea de dispersión se extendió a ellos, de modo que William Herschel pudo referirse a la dispersión de "rayos de calor" (que entonces no se reconocían como de naturaleza electromagnética) en 1800. [2] John Tyndall , un pionero en la investigación de la dispersión de la luz, observó la conexión entre la dispersión de la luz y la dispersión acústica en la década de 1870. [3] Hacia finales del siglo XIX, la dispersión de los rayos catódicos (haces de electrones) [4] y los rayos X [5]fue observado y discutido. Con el descubrimiento de las partículas subatómicas (por ejemplo, Ernest Rutherford en 1911 [6] ) y el desarrollo de la teoría cuántica en el siglo XX, el sentido del término se hizo más amplio al reconocerse que se podían aplicar los mismos marcos matemáticos utilizados en la dispersión de la luz. a muchos otros fenómenos.
La dispersión puede referirse a las consecuencias de las colisiones entre partículas entre moléculas, átomos, electrones , fotones y otras partículas. Los ejemplos incluyen: dispersión de rayos cósmicos en la atmósfera superior de la Tierra; colisiones de partículas dentro de aceleradores de partículas ; dispersión de electrones por átomos de gas en lámparas fluorescentes; y dispersión de neutrones dentro de los reactores nucleares . [7]
Los tipos de no uniformidades que pueden causar dispersión, a veces conocidos como dispersores o centros de dispersión , son demasiado numerosos para enumerarlos, pero una pequeña muestra incluye partículas , burbujas , gotas , fluctuaciones de densidad en fluidos , cristalitos en sólidos policristalinos , defectos en sólidos monocristalinos . , rugosidad de la superficie , células de los organismos y fibras textiles de la ropa. Los efectos de tales características en la trayectoria de casi cualquier tipo de onda que se propaga o partícula en movimiento se pueden describir en el marco deteoría de la dispersión .
Algunas áreas donde la dispersión y la teoría de la dispersión son importantes incluyen la detección por radar, el ultrasonido médico , la inspección de obleas semiconductoras , el monitoreo del proceso de polimerización , los mosaicos acústicos, las comunicaciones en el espacio libre y las imágenes generadas por computadora . [8] La teoría de la dispersión entre partículas es importante en áreas como la física de partículas , la física atómica, molecular y óptica , la física nuclear y la astrofísica . En Física de Partículas, la interacción cuántica y la dispersión de partículas fundamentales se describen mediante la Matriz de Dispersión o Matriz S., presentado y desarrollado por John Archibald Wheeler y Werner Heisenberg . [9]
La dispersión se cuantifica utilizando muchos conceptos diferentes, incluida la sección transversal de dispersión (σ), los coeficientes de atenuación , la función de distribución de dispersión bidireccional (BSDF), las matrices S y el camino libre medio .
Cuando la radiación sólo es dispersada por un centro de dispersión localizado, esto se denomina dispersión única . Es más común que los centros de dispersión estén agrupados; en tales casos, la radiación puede dispersarse muchas veces, en lo que se conoce como dispersión múltiple . [11] La principal diferencia entre los efectos de la dispersión única y múltiple es que la dispersión única generalmente puede tratarse como un fenómeno aleatorio, mientras que la dispersión múltiple, de manera algo contraria a la intuición, puede modelarse como un proceso más determinista porque los resultados combinados de un gran número de eventos dispersos tienden a promediarse. Por lo tanto, la dispersión múltiple a menudo puede modelarse bien con la teoría de la difusión . [12]