運動学的に完全な実験

加速器物理学において、運動学的に完全な実験とは、すべての衝突生成物のすべての運動パラメータが決定される実験である。衝突の最終状態に n 個の粒子が関与する場合、3n 個の運動量成分（粒子ごとに 3 つの直交座標）を決定する必要がある。ただし、これらの成分は各方向の運動量保存（3 つの方程式）とエネルギー保存（1 つの方程式）によって互いにリンクされているため、3n-4 個の成分のみが線形独立である。したがって、3n-4 個の運動量成分の測定は、運動学的に完全な実験を構成する。

最終状態が 2 つの粒子のみを含む場合 (たとえば、弾性散乱に関するラザフォードの実験)、1 つの粒子のみを検出する必要があります。ただし、ターゲット原子の単一イオン化など、3 つの衝突生成物をもたらすプロセスの場合は、2 つの粒子の運動量分析 (そのうちの 1 つについては、2 つの運動量成分を測定すれば十分) を行い、同時測定する必要があります。3 つの最終状態粒子 (つまり、散乱した発射体、放出された電子、反跳するターゲットイオン) の任意のペアを検出できます。単一イオン化に関する最初の運動学的に完全な実験は、電子衝突について実施されました。^[1] そこでは、散乱した発射体電子と放出された電子の運動量が分析されました。イオン衝突の場合、発射体の質量がはるかに大きいため、このような実験ははるかに困難です。その結果、発射体の散乱と初期エネルギーに対する発射体のエネルギー損失は、電子衝突の場合よりも桁違いに小さくなり、高速重イオンの標準的な技術では測定できません。さらに、冷標的反跳イオン運動量分光法（COLTRIMS） ^[2]の出現によって初めて、反跳イオンを十分な運動量分解能で測定できるようになりました。イオン衝突による単一イオン化に関する最初の運動学的に完全な実験は、反跳イオンと放​​出された電子の運動量解析によって行われました。^[3] はるかに小さいエネルギーでの陽子衝突についても、散乱した発射体と反跳イオンの運動量解析によって運動学的に完全な実験が行われました。^[4] これらの研究は、少数体問題の文脈で重要な役割を果たします（少数体システムの記事を参照）。

運動学的に完全な実験が行われた、2つ以上の最終状態粒子が関与する他のプロセスには、電子衝撃による標的の二重イオン化[5]、イオン^{衝撃による}移行イオン化（すなわち、標的の1つの電子が連続体に放出され、2つ目の電子が発射体によって捕獲される） 、およびp + H ₂衝突における解離捕獲^[7]（発射体への電子の捕獲により標的分子が断片化される）がある。二重イオン化と移行イオン化に関する研究により、複数の電子が関与するプロセスにおける電子間相関効果の重要な役割が明らかになった。解離捕獲では顕著な量子力学的干渉が観察され、そこから位相角に関する詳細な情報が得られ、それが少数体ダイナミクスに関する高感度情報を提供する。