2 3 3 第九章 势散射理论 § 9 .1 一般描述 1 , 散射(碰撞)实验的意义及分类 散射(碰撞)实验是指具有一定动量的入射粒子束流，射向处于气、液、固体形态的靶粒子上，和靶粒子相互作用(电-弱作用或强作用)之后，入射粒子、靶粒子或新生出的粒子由相互作用的局限区域散射飞出。除入射粒子的流强和能量之外，散射实验主要测量出射粒子的种类、能量、角分布(微分截面)、极化状态、角关联等等。在实验和理论计算中，可以近似认为入射粒子束流是单色平面波, 而(不一定和入射粒子同类的)出射粒子束流是(渐近自由的)出射球面波，入射粒子和靶粒子的相互作用导致入射和出射粒子不同状态之间的跃迁。各种类型的跃迁可以在设定相互作用之后由散射理论来计算。理论计算的结果可以直接经受实验的检验，因此散射(碰撞)实验在对微观粒子相互作用以及它们内部结构的研究中处于一种特殊的地位，它们是原子物理、核物理的重要研究手段，是粒子物理几乎唯一的研究手段。 散射(碰撞)过程可以区分为以下三大种类： 弹性散射过程 ABAB 非弹性散射过程 *ABAB (*A ——粒子 A的某种内部激发态) 碰撞反应过程 ABCD （+ ┄） ▲“弹性散射”过程中，不存在粒子种类的改变，而且不发生机械能（ A、 B粒子总动能和相互作用势能之和）和粒子内能之间的转化， 2 3 4 因此弹性散射中机械能守恒； ▲“非弹性散射”。存在机械能与粒子内能之间的转化。比如，电子在原子上的散射造成靶原子内部状态的激发（或退激发）； ▲“碰撞过程”。这是纯粹由于入射复合粒子 A、 B之间的组分粒子交换导致新复合粒子C 、D出射，即（重新）组合反应。它们属于一般的形式散射理论处理的范围。比如，电子使靶原子电离放出束缚电子，或是各种原子核反应。这时没有新粒子产生和旧粒子湮灭，只是复合粒子在碰撞下的分解或重新组合，所以参与反应的粒子守恒。 ▲“反应过程”。这时出现新旧粒子的产生和湮灭，从而也造成出射粒子C 、D不同于入射粒子 A、B。比如正负电子对碰撞湮灭成为两个光子，自由飞行中子衰变成质子和电子。由于过程中有新旧粒子产生和湮灭，参与反应的粒子不再守恒。它们属于量子场论处理的范围。 散射(碰撞)相互作用可以分为两大类：可以用一个局域的空间变数的函数——势函数描述的情况，这时的散射称为势散射；不可以用一个局域的空间变数的函数的情况。这些属于形式散射理论和量子场散射理论。有时也把除了弹性散...
