חתך פעולה

חתך הפעולה הוא היחס בין מספר החלקיקים שמפוזרים על ידי מטרה בכל יחידת זמן לבין השטף של החלקיקים הפוגעים בה. שטף הוא מספר החלקיקים שעוברים דרך יחידת שטח בזמן נתון.

לחתך הפעולה ממדים של שטח. אפשר לראות אותו כשטח אפקטיבי של המטרה בניסוי הפיזור, כמו "הצללית" של העצם המפזר. מקובל למדוד אותו בבארן. בארן אחד שווה ל‑10 בחזקת מינוס 28 מטרים בריבוע, וזה גם שווה ל‑100 פמטומטר בריבוע. פמטומטר (fm) הוא 10 בחזקת מינוס 15 מטר, וזה סדר הגודל של רדיוס גרעין אטום.

בניסוי טיפוסי שמים את המטרה במרכז ומכוונים קרן חלקיקים אליה. החלקיקים מתפזרים בכיוונים שונים. גלאים שמוצבים רחוק סופרים את קצב הגעת החלקיקים בזוויות שונות. את חתך הפעולה הדיפרנציאלי כותבים כך: dσ = N(Ω)/J dΩ. כאן N(Ω)dΩ הוא קצב הגעה לגלאי בכיוון Ω ובפתח זוויתי dΩ, ו‑J הוא השטף של הקרן. שימו לב: חתך הפעולה הדיפרנציאלי אינו נגזרת של חתך הפעולה.

החתך הכולל מתקבל על ידי סכימה על כל הזוויות: σ = ∫ dσ = N_tot / J, כאשר N_tot הוא קצב הפיזור בכל הכיוונים.


σ = π R²
σ = π (R₁ + R₂)²

חתך הפעולה הוא רעיון למדוד כמה גדולה המטרה נראית לחלקיקים שפוגעים בה. זו כמו צללית של המטרה.

בנסיון שולחים קרן חלקיקים אל המטרה. החלקיקים פוגעים ומתפזרים לכל הכיוונים. גלאים סופרים כמה מגיעים בכל כיוון.

כדי למצוא חתך הפעולה מחלקים את מספר החלקיקים שמסופרים בזמן, במספר החלקיקים שעברו בקרן. כך רואים כמה המטרה "מוכרת" לחלקיקים.

יש יחידה מאוד קטנה שנקראת בארן. בארן אחת שווה לעשר בחזקת מינוס עשרים ושמונה מטרים בריבוע. פמטומטר הוא יחידה קטנה נוספת. פמטומטר (fm) הוא עשר בחזקת מינוס חמש עשרה מטר. זה כמעט גודל רדיוס של גרעין אטום.


לעיתים חתך הפעולה דומה לשטח מעגל. למשל, שטח מעגל הוא פאי כפול הרדיוס בריבוע. אם יש שתי חפצים, משתמשים בפאי כפול סכום הרדיוסים בריבוע.