Dispersión inelástica

En química , física nuclear y física de partículas , la dispersión inelástica es un proceso en el que los estados internos de una partícula o un sistema de partículas cambian después de una colisión. A menudo, esto significa que la energía cinética de la partícula incidente no se conserva (a diferencia de la dispersión elástica ). Además, las colisiones relativistas que implican una transición de un tipo de partícula a otro se denominan inelásticas incluso si las partículas salientes tienen la misma energía cinética que las entrantes. ^{[ 1 ]} Los procesos que se rigen por colisiones elásticas a nivel microscópico parecerán inelásticos si un observador macroscópico solo tiene acceso a un subconjunto de los grados de libertad. En la dispersión Compton, por ejemplo, las dos partículas en la colisión transfieren energía, lo que provoca una pérdida de energía en la partícula medida. ^{[ 2 ]}

Cuando un electrón es la partícula incidente, la probabilidad de dispersión inelástica, que depende de la energía del electrón incidente, suele ser menor que la de dispersión elástica. Por lo tanto, en el caso de la difracción de electrones en gas (GED), la difracción de electrones de alta energía por reflexión (RHEED) y la difracción de electrones por transmisión, debido a que la energía del electrón incidente es alta, la contribución de la dispersión inelástica de electrones puede ignorarse. La dispersión inelástica profunda de electrones por protones proporcionó la primera evidencia directa de la existencia de quarks .

Cuando un fotón es la partícula incidente, se produce un proceso de dispersión inelástica denominado dispersión Raman . En este proceso, el fotón incidente interactúa con la materia (gas, líquido y sólido) y su frecuencia se desplaza hacia el rojo o el azul. El desplazamiento hacia el rojo se observa cuando parte de la energía del fotón se transfiere a la materia con la que interactúa, sumándose a su energía interna en un proceso denominado dispersión Raman de Stokes. El desplazamiento hacia el azul se observa cuando la energía interna de la materia se transfiere al fotón; este proceso se denomina dispersión Raman anti-Stokes.

La dispersión inelástica se observa en la interacción entre un electrón y un fotón. Cuando un fotón de alta energía colisiona con un electrón libre (más precisamente, débilmente ligado, ya que un electrón libre no puede participar en la dispersión inelástica con un fotón) y transfiere energía, el proceso se denomina dispersión Compton. Además, cuando un electrón con energía relativista colisiona con un fotón infrarrojo o visible, el electrón cede energía al fotón. Este proceso se denomina dispersión Compton inversa Bornikov, Kirill (3 de junio de 2023). "Notas sobre la dispersión Compton inversa". Boletín de Física de la Universidad de Moscú . 78 (4): 453. arXiv : 2306.02160 . Bibcode : 2023MUPB...78..453B . doi : 10.3103/S0027134923040045 ..

Los neutrones experimentan diversos tipos de dispersión, incluyendo la elástica e inelástica. El tipo de dispersión (elástica o inelástica) depende de la velocidad del neutrón ( rápida , térmica o intermedia), del núcleo con el que choca y de su sección transversal de absorción . En la dispersión inelástica, el neutrón interactúa con el núcleo y modifica la energía cinética del sistema. Esto suele activar el núcleo, llevándolo a un estado de energía excitado, inestable y efímero, que provoca la rápida emisión de radiación para regresar a un estado estable o fundamental . Se pueden emitir partículas alfa, beta, gamma y protones. Las partículas dispersadas en este tipo de reacción nuclear pueden provocar el retroceso del núcleo en la dirección opuesta.

La dispersión inelástica es común en las colisiones moleculares. Cualquier colisión que dé lugar a una reacción química será inelástica, pero el término dispersión inelástica se reserva para aquellas colisiones que no producen reacciones. ^{[ 3 ]} Existe una transferencia de energía entre el modo traslacional (energía cinética) y los modos rotacional y vibracional.

Si la energía transferida es pequeña en comparación con la energía incidente de la partícula dispersada, se habla de dispersión cuasielástica .

• Colisión inelástica
• Dispersión elástica
• Teoría de la dispersión