Sección transversal (física)
En física, la sección transversal es una medida de la probabilidad de que ocurra un proceso específico cuando algún tipo de excitación radiante (p. ej., un haz de partículas, una onda de sonido, una luz o un rayo X) intersecta un fenómeno localizado (p. ej., una partícula o fluctuación de densidad). Por ejemplo, la sección transversal de Rutherford es una medida de la probabilidad de que una partícula alfa se desvíe en un ángulo dado durante una colisión con un núcleo atómico . La sección transversal generalmente se denota como σ ( sigma ) y se expresa en unidades de área, más específica en graneros. En cierto modo, se puede considerar como el tamaño del objeto que debe alcanzar la excitación para que se produzca el proceso, pero más exactamente, es un parámetro de un proceso estocástico .
En la física clásica , esta probabilidad a menudo converge en una proporción determinista de la energía de excitación involucrada en el proceso, de modo que, por ejemplo, con la dispersión de la luz de una partícula, la sección transversal especifica la cantidad de energía óptica dispersada por la luz de una irradiancia determinada. (potencia por área). Es importante tener en cuenta que aunque la sección transversal tiene las mismas unidades que el área, la sección transversal puede no corresponder necesariamente al tamaño físico real del objetivo dado por otras formas de medición. No es raro que el área de la sección transversal real de un objeto que se dispersa sea mucho mayor o menor que la sección transversal en relación con algún proceso físico. Por ejemplo, las nanopartículas plasmónicas pueden tener secciones transversales de dispersión de luz para frecuencias particulares que son mucho más grandes que sus áreas de sección transversal reales.
Cuando dos partículas discretas interactúan en la física clásica, su sección transversal mutua es el área transversal a su movimiento relativo dentro del cual deben encontrarse para dispersarse una de la otra. Si las partículas son esferas duras e inelásticas que interactúan solo por contacto, su sección transversal de dispersión está relacionada con su tamaño geométrico. Si las partículas interactúan a través de alguna fuerza de acción a distancia, como el electromagnetismo o la gravedad , su sección transversal de dispersión es generalmente mayor que su tamaño geométrico.
Cuando una sección transversal se especifica como el límite diferencial de una función de alguna variable de estado final, como el ángulo de una partícula o la energía, se denomina sección transversal diferencial (consulte la discusión detallada a continuación). Cuando una sección transversal se integra sobre todos los ángulos de dispersión (y posiblemente otras variables), se denomina sección transversal total o sección transversal total integrada . Por ejemplo, en la dispersión de Rayleigh, la intensidad dispersada en los ángulos hacia adelante y hacia atrás es mayor que la intensidad dispersada hacia los lados, por lo que la sección transversal de dispersión diferencial hacia adelante es mayor que la sección transversal diferencial perpendicular, y sumando todas las secciones transversales infinitesimales en todo el rango de ángulos con cálculo integral, podemos encontrar la sección transversal total.
Las secciones transversales de dispersión se pueden definir en física nuclear , atómica y de partículas para colisiones de haces acelerados de un tipo de partícula con objetivos (estacionarios o en movimiento) de un segundo tipo de partícula. La probabilidad de que ocurra cualquier reacción dada es proporcional a su sección transversal. Por lo tanto, especificar la sección transversal para una reacción dada es un indicador de la probabilidad de que ocurra un proceso de dispersión dado.
La velocidad de reacción medida de un proceso determinado depende en gran medida de variables experimentales como la densidad del material objetivo, la intensidad del haz, la eficacia de detección del aparato o el ajuste del ángulo del aparato de detección. Sin embargo, estas cantidades se pueden eliminar, lo que permite la medición de la sección transversal de colisión de dos partículas subyacente.
