Zerstreuung

Zerstreuung bezeichnet in der Physik den Prozess, bei dem Wellen oder Teilchen beim Durchgang durch ein Medium oder durch strukturiertes Material von ihrer ursprünglichen Richtung abgelenkt oder gestreut werden. Die Streuung kann elastisch erfolgen, bei der Energie und interne Zustände unverändert bleiben, oder inelastisch, bei der Energie transferiert wird. Sie kann kohärent auftreten, wenn Phasenbeziehungen erhalten bleiben, oder inkohärent, wenn Decoherence einsetzt.

Der zentrale statistische Rahmen ist der Streuquerschnitt σ und der Differentialquerschnitt dσ/dΩ, der die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Ablenkung nach Winkel Ω angibt. Der Gesamtquerschnitt ergibt sich aus dem Integral über alle Richtungen. Die mittlere Streuungslänge ℓ = 1/(nσ) beschreibt, wie weit sich ein Teilchen oder Welle im Medium typischerweise bewegt, bevor eine Streuung erfolgt.

Häufige Mechanismen reichen von Coulomb- und Kern-Streuung bei Teilchen bis zu Licht- oder Röntgenstreuung bei Photonen. Beispiele sind Rutherford-Streuung (α-Teilchen an Kernen), Compton-Streuung (Photonen an Elektronen), Rayleigh-Streuung (linsige Lichtstreuung an winzigen Partikeln) und Mie-Streuung (größere Partikel). In der Optik beeinflusst Streuung Farbstimmung, Transparenz und Farb- bzw. Helligkeitsprofile von Medien.

Anwendungen finden sich in der Teilchenphysik (Detectoren, Hintergrundabschätzung), der Materialwissenschaft (Streuung zur Strukturuntersuchung), der Atmosphären- und Umweltforschung (Lichtstreuung in der Atmosphäre) sowie in der medizinischen Bildgebung. Die Streuung hängt stark von Energie, Wellenlänge, Materialstruktur und Dichte ab, wodurch sie sowohl als Messgröße als auch als Störgröße dient.