Wirkungsquerschnittskurve

Eine Wirkungsquerschnittskurve ist die grafische Darstellung des Wirkungsquerschnitts σ eines bestimmten Prozesses als Funktion einer Variablen wie der Energie des eindringenden Teilchens E. Der Wirkungsquerschnitt ist eine effektive Fläche, die die Wahrscheinlichkeit einer Wechselwirkung mit einem Ziel beschreibt; größere Werte bedeuten eine höhere Wahrscheinlichkeit. Indem man σ(E) als Kurve zeichnet, erhält man Einsichten in die physikalischen Mechanismen, die den Prozess antreiben.

Typische Merkmale einer Wirkungsquerschnittskurve sind Schwellenverhalten, Resonanzen und strukturelle Veränderungen, die durch Energieabhängigkeiten der Zwischenzustände, Bewegungsquantisierung oder Barriereeffekte entstehen. In der Kern- und Teilchenphysik treten Resonanzen als markante Peaks auf, die oft durch Breit-Wigner-Verläufe modelliert werden. Bei geladenen Teilchen führen Coulomb-Barrieren zu stark fallenden Querschnitten bei niedrigen Energien; bei neutren oder neutralen Reaktionen lassen sich andere Muster beobachten. Zusätzlich unterscheidet man den totalen Wirkungsquerschnitt σ_tot, der über alle Endzustände summiert, vom differentialen Querschnitt dσ/dΩ, der die räumliche Verteilung der Reaktion angibt.

Messung und Anwendung: Die Kurve wird erzeugt, indem man die Energie des bestrahlenden Teilchens variiert und die Reaktionsrate oder die Anzahl der Reaktionsprodukte bestimmt. Übliche Einheiten sind Barn (1 barn = 10^-28 m^2). Wirkungsquerschnittskurven dienen der Charakterisierung von Reaktionswegen, der Bestimmung von Zwischenzuständen, der Modellierung von Reaktionsraten in der Kern- und Teilchenphysik sowie der Planung von Experimenten und Anwendungen in der Kerntechnik und der Astrophysik, etwa bei Reaktionsraten in Sternen.