Hajotuksessa

Hajotus on yleistermi fysikaalisessa tutkimuksessa, jossa sisään tuleva aalto- tai hiukkasvirta poikkeaa kohteen aiheuttaman vuorovaikutuksen seurauksena. Hajotus voi esiintyä sekä valo- että hiukkasvaiheissa: tuloksena on kulmien ja energioiden jakaantuminen, ja osa energiasta voi siirtyä eri suuntiin. Hajotus on keskeinen käsite sekä optiikassa että ydinfysiikassa sekä materiaaleja että vuorovaikutuksia tutkittaessa.

Teoreettisesti hajotus mallinnetaan usein hajotusamplitudilla f(θ). Sijoitettavaan kulmaan θ liittyvä differential cross section dσ/dΩ kuvaa hajotuksen todennäköisyyden jakautumista avaruudellisesti. Yleisesti dσ/dΩ = |f(θ)|^2, ja kokonaiseksi hajotuskseksi σ saadaan integroimalla dσ/dΩ yli kaikki suunnat. Eri vuorovaikutukset antavat erilaiset amplitudit ja energiankäyrät, ja hajotus voidaan analysoida osittaisaaltojen (phase shifts) tai S-matriisin avulla.

Esimerkkejä hajotuksesta ovat optinen hajotus: Rayleigh-hajotus näytön taustalla aiheuttaa sinisen taivaan värin, ja Mie-hajotus suuremmilla hiukkasilla selittää koostetun valon hajaantumisen. Ydinfysiikassa Rutherford-hajotus havainnollisti positiivisesti varustettujen hiukkien vuorovaikutusta atomin kanssa, kun taas elektronin sähköinen hajotus on perusta atomirakenteen tutkimiselle. Edistyneemmissä kokeissa puhutaan esimerkiksi hiukkashajotuksesta ja syvästä inelastisesta hajotuksesta, joilla voidaan tutkia aineen rakenteita ja vuorovaikutuksia.

Käytännössä hajotuksen mittaaminen tarkoittaa kulma- ja energiasisällön suhteen jakauman rekisteröintiä sekä siihen liittyvien epävarmuuksien hallintaa. Tutkimusalueen sovelluksia on runsaasti: meteorologia ja astronomia, materiaalitutkimus sekä perus- ja kokeellinen hiukkasfysiikka. Hajotuksen käsitteet voivat vaativasti viitata myös spektrin hajotukseen optiikassa, riippuen kontekstista.