La dispersión es un término utilizado en física para describir una amplia gama de procesos físicos en los que las partículas en movimiento o la radiación de alguna forma, como la luz o el sonido , se ven obligadas a desviarse de una trayectoria recta debido a falta de uniformidad localizada (incluidas las partículas y la radiación) en el medio por el que pasan. En el uso convencional, esto también incluye la desviación de la radiación reflejada del ángulo predicho por la ley de reflexión . Los reflejos de la radiación que experimentan dispersión a menudo se denominan reflejos difusos y los reflejos no dispersados se denominan especulares .(como un espejo) reflejos. Originalmente, el término se limitaba a la dispersión de la luz (remontándose al menos a 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" (no reconocidos entonces como de naturaleza electromagnética) en 1800. [2] John Tyndall , un pionero en la investigación de la dispersión de la luz, notó la conexión entre la dispersión de la luz y la dispersión acústica en la década de 1870. [3] Cerca del final del siglo XIX, la dispersión de rayos catódicos (haces de electrones) [4] y rayos X [5]fue observado y discutido. Con el descubrimiento de las partículas subatómicas (p. ej., Ernest Rutherford en 1911 [6] ) y el desarrollo de la teoría cuántica en el siglo XX, el sentido del término se hizo más amplio, ya que se reconoció que se podían aplicar los mismos marcos matemáticos utilizados en la dispersión de la luz. a muchos otros fenómenos.
Por tanto, la dispersión se refiere a colisiones partícula-partícula 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 los aceleradores de partículas ; dispersión de electrones por átomos de gas en lámparas fluorescentes; y dispersión de neutrones dentro de reactores nucleares . [7]
Los tipos de falta de uniformidad 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 , gotitas , fluctuaciones de densidad en fluidos , cristalitos en sólidos policristalinos , defectos en sólidos monocristalinos . , rugosidad de la superficie , células en organismos y fibras textiles en 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 significativas incluyen la detección de radar, ultrasonido médico , inspección de obleas de semiconductores , monitoreo del proceso de polimerización , mosaico acústico, comunicaciones en el espacio libre e imágenes generadas por computadora . [8] La teoría de la dispersión partícula-partícula 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 describe 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 la ruta libre media .
Cuando la radiación solo se dispersa por un centro de dispersión localizado, esto se denomina dispersión única . Es muy común que los centros de dispersión se agrupen; 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 simple y múltiple es que la dispersión simple generalmente se puede tratar como un fenómeno aleatorio, mientras que la dispersión múltiple, de manera un tanto contraria a la intuición, se puede modelar como un proceso más determinista porque los resultados combinados de un gran número de los eventos de dispersión tienden a promediarse. Por lo tanto, la dispersión múltiple a menudo se puede modelar bien con la teoría de la difusión . [12]