dispersión de Thomson
La dispersión de Thomson es la dispersión elástica de la radiación electromagnética por una partícula cargada libre , como se describe en el electromagnetismo clásico . Es el límite de baja energía de la dispersión de Compton : la energía cinética de la partícula y la frecuencia del fotón no cambian como resultado de la dispersión. [1] Este límite es válido siempre que la energía del fotón sea mucho menor que la energía de la masa de la partícula: o, de manera equivalente, si la longitud de onda de la luz es mucho mayor que la longitud de onda Compton de la partícula (p. ej., para electrones, longitudes de onda más largas que los rayos X duros).
En el límite de baja energía, el campo eléctrico de la onda incidente (fotón) acelera la partícula cargada, haciendo que ésta, a su vez, emita radiación a la misma frecuencia que la onda incidente, y así la onda se dispersa. La dispersión de Thomson es un fenómeno importante en la física del plasma y fue explicada por primera vez por el físico JJ Thomson . Siempre que el movimiento de la partícula no sea relativista (es decir, su velocidad sea mucho menor que la velocidad de la luz), la principal causa de la aceleración de la partícula será la componente del campo eléctrico de la onda incidente. En una primera aproximación, se puede despreciar la influencia del campo magnético. [ cita requerida ]La partícula se moverá en la dirección del campo eléctrico oscilante, lo que resultará en una radiación dipolar electromagnética . La partícula en movimiento irradia con mayor fuerza en una dirección perpendicular a su aceleración y esa radiación se polarizará a lo largo de la dirección de su movimiento. Por lo tanto, dependiendo de dónde se encuentre el observador, la luz dispersada por un elemento de pequeño volumen puede parecer más o menos polarizada.
Los campos eléctricos de la onda entrante y observada (es decir, la onda saliente) se pueden dividir en los componentes que se encuentran en el plano de observación (formado por las ondas entrante y observada) y los componentes perpendiculares a ese plano. Las componentes que se encuentran en el plano se denominan "radiales" y las perpendiculares al plano son "tangenciales". (Es difícil hacer que estos términos parezcan naturales, pero es terminología estándar).
El diagrama de la derecha representa el plano de observación. Muestra la componente radial del campo eléctrico incidente, que hace que las partículas cargadas en el punto de dispersión exhiban una componente radial de aceleración (es decir, una componente tangente al plano de observación). Se puede demostrar que la amplitud de la onda observada será proporcional al coseno de χ, el ángulo entre las ondas incidente y observada. La intensidad, que es el cuadrado de la amplitud, será entonces disminuida por un factor de cos 2 (χ). Se puede ver que las componentes tangenciales (perpendiculares al plano del diagrama) no se verán afectadas de esta manera.
La dispersión se describe mejor mediante un coeficiente de emisión que se define como ε donde ε dt dV dΩ dλ es la energía dispersada por un elemento de volumen en el tiempo dt en un ángulo sólido dΩ entre las longitudes de onda λ y λ+dλ. Desde el punto de vista de un observador, existen dos coeficientes de emisión, ε r correspondiente a la luz polarizada radialmente y ε t correspondiente a la luz polarizada tangencialmente. Para la luz incidente no polarizada, estos vienen dados por:
