Streuungsschwelle

Streuungsschwelle bezeichnet in der Streuungstheorie die minimale Gesamtenergie des Streuungssystems, bei der ein bestimmter Streukanal geöffnet wird oder ein bestimmter Endzustand auftreten kann. Sie ist besonders wichtig in der Kern- und Teilchenphysik sowie in der Streuung von Licht an Materie. Die Streuungsschwelle ergibt sich aus der Erhaltung von Energie und Impuls und markiert den Übergang von einem zulässigen zu einem nicht mehr zulässigen Endzustand in einem bestimmten Reaktionskanal.

Im Zentrum der Betrachtung steht das center-of-mass-System (CM). Dort tritt die Streuungsschwelle auf, wenn die Endzustände im CM-System keine kinetische Energie mehr besitzen; dann entspricht die erforderliche Energie der Summe der Ruheenergien der Endteilchen. Formal gilt im CM-System für die Schwelleneintrittsenergie E_cm,th = ∑ m_f, wobei die Summe über die Ruhemasse der teilchen im Endzustand geht (Ruheenergie wird oft in Einheiten mit c = 1 verwendet).

Im Laborsystem, in dem das Zielteilchen ruht und das Projektil darauf trifft, lässt sich die minimale Laborenergie E_lab,th aus der Bedingung s_th = (∑ m_f)^2 herleiten, wobei s = m1^2 + m2^2 + 2 m2 E_lab ist. Damit ergibt sich E_lab,th = [(∑ m_f)^2 − m1^2 − m2^2] / (2 m2). Für inelastische Kanäle ist diese Schwellenergieberechnung maßgeblich für die Öffnung neuer Reaktionswege.

Beispiele finden sich in der Proton-Proton-Streuung (z. B. Produktion von Pionen) oder in der Photoproduktion von Pionen (γ + p → p + π^0). In der elastischen Streuung existiert oft keine Schwellenergie, während in inelastischen Prozessen die Schwelleneigenschaften die Querschnitte und die Nah-Schwellendynamik maßgeblich beeinflussen.