非弾性散乱

化学、原子核物理学、素粒子物理学において、非弾性散乱は、衝突後に粒子または粒子系の内部状態が変化するプロセスです。多くの場合、これは入射粒子の運動エネルギーが保存されないことを意味します（弾性散乱とは対照的です）。さらに、ある種類の粒子から別の種類の粒子への遷移を伴う相対論的衝突は、出射粒子が入射粒子と同じ運動エネルギーを持っている場合でも、非弾性と呼ばれます。^[1]微視的レベルで弾性衝突によって支配されるプロセスは、巨視的観察者が自由度のサブセットにしかアクセスできない場合、非弾性であるように見えます。たとえばコンプトン散乱では、衝突する2つの粒子がエネルギーを伝達し、測定対象粒子のエネルギーが失われます。^[2]

電子が入射粒子である場合、非弾性散乱の確率は、入射電子のエネルギーに依存し、通常は弾性散乱の確率よりも小さくなります。したがって、ガス電子回折（GED）、反射高エネルギー電子回折（RHEED）、透過電子回折の場合、入射電子のエネルギーが高いため、非弾性電子散乱の寄与は無視できます。陽子による電子の深非弾性散乱は、クォークの存在に対する最初の直接的な証拠を提供しました。

光子が入射粒子である場合、ラマン散乱と呼ばれる非弾性散乱過程が起こります。この散乱過程において、入射光子は物質（気体、液体、固体）と相互作用し、光子の周波数は赤または青の方向にシフトします。赤方偏移は、光子のエネルギーの一部が相互作用する物質に伝達され、ストークス ラマン散乱と呼ばれる過程においてその内部エネルギーに加算されるときに観測されます。青方偏移は、物質の内部エネルギーが光子に伝達されるときに観測されます。この過程は反ストークス ラマン散乱と呼ばれます。

非弾性散乱は、電子と光子の相互作用で見られます。高エネルギーの光子が自由電子（より正確には、自由電子は光子との非弾性散乱に参加できないため、弱く結合している）と衝突してエネルギーを渡すプロセスは、コンプトン散乱と呼ばれます。さらに、相対論的なエネルギーを持つ電子が赤外線または可視光子と衝突すると、電子は光子にエネルギーを与えます。このプロセスは逆コンプトン散乱と呼ばれます。

中性子は、弾性散乱と非弾性散乱の両方を含む多くの種類の散乱を受けます。弾性散乱と非弾性散乱のどちらが起こるかは、中性子の速度、つまり高速か熱か、あるいはその中間かによって決まります。また、中性子が衝突する原子核とその中性子断面積によっても決まります。非弾性散乱では、中性子が原子核と相互作用し、システムの運動エネルギーが変化します。これにより、原子核が活性化され、励起された不安定な短寿命のエネルギー状態になり、原子核は何らかの放射線を急速に放出して、安定した基底状態に戻します。アルファ、ベータ、ガンマ、および陽子が放出される可能性があります。このタイプの核反応で散乱された粒子により、原子核が反対方向に反動することがあります。

非弾性散乱は分子衝突でよく見られます。化学反応を引き起こす衝突はすべて非弾性ですが、非弾性散乱という用語は反応を引き起こさない衝突にのみ使用されます。^[3]並進モード（運動エネルギー）と回転モードおよび振動モードの間でエネルギーの移動が起こります。

伝達されるエネルギーが散乱粒子の入射エネルギーに比べて小さい場合、準弾性散乱と呼ばれます。

• 非弾性衝突
• 弾性散乱
• 散乱理論