Що таке перетин процесу
Коли швидка частинка налітає на частку-мішень, то для того, щоб відбулося зіткнення, вона повинна пролетіти в достатній близькості від мішені, тобто вона повинна потрапити в якийсь поперечний переріз. Цю поперечну площу і називають у фізиці ефективним перерізом процесу (перетином зіткнення, перетином реакції і т. П.).
У класичній механіці (наприклад, при розсіюванні точкових частинок на мішені певного розміру) ефективний перетин дорівнює просто геометричній площі поперечного перерізу мішені. У квантовій механіці ситуація змінюється, по-перше, через хвильової природи частинок, а по-друге, через те, що частинки зазвичай «напівпрозорі» один для одного (це залежить від типу взаємодії між частинками). Тому ефективне перетин процесу відрізняється від геометричного перетину.
На ілюстрації схематично показано те, як протон «виглядає» з точки зору налітаючої частки: другого протона, фотона або нейтрино. Налетающий протон відчуває незбиране кваркову і глюонної хмара протона-мішені, тому перетин протон-протонного зіткнення того ж порядку, що і геометричне перетин протона. Фотон відчуває тільки кваркову розподіл, і до того ж сила електромагнітної взаємодії менше, ніж сильного. В результаті протон для фотона здається напівпрозорим, і ефективний перетин виходить помітно менше. Нарешті, нейтрино відчуває не самі по собі кварки, а як би маленьке хмарка віртуальних W- і Z-бозонів навколо них. Через це протон виглядає для нейтрино майже прозорим, і ефективний переріз розсіяння нейтрино на протоні дуже мало.
Втім, в ядерній фізиці зустрічаються приклади, коли ефективний перетин процесу помітно більше, ніж геометричне перетин ядра. Наприклад, перетин захоплення повільного нейтрона ядром бору-10 перевищує геометричне перетин ядра в десятки тисяч разів. Велике перетин захоплення цим ізотопом бору використовується в бор-нейтронозахватної терапії ракових пухлин.
Більш детальну інформацію про внутрішній устрій частинок можна отримати за допомогою диференціального перерізу процесу. Диференціальне перетин - це, умовно кажучи, майданчик, в яку треба потрапити, щоб народжені частки вилетіли під певним кутом до осі зіткнення або з певним поперечним імпульсом.
Одиниці виміру
Перетин (позначається літерою σ), як і будь-яка площа, вимірюється в квадратних метрах. Для вираження перетинів зіткнень елементарних частинок використовують більш зручну одиницю - барн (b). 1 b = 10 -24 см 2 = 10 -28 м 2. У цих одиницях 1 фм 2 (1 кв. Фемтометр, тобто (1 × 10 -15 м) 2) дорівнює 10 міллібарн (10 mb). Чим менше перетин процесу, тим рідше він відбувається. Найбільш рідкісні процеси, зареєстровані на коллайдерах, мають перетин у частки пікобарн (1 pb = 10 -12 b). Перетин розсіювання сонячних нейтрино становить близько 10 -21 -10 -18 b в залежності від енергії нейтрино.