25.4. Эффективные сечения рассеяния.
Для случая
замена F на амплитуду
введенную согласно (21), дает вместо (15) выражение
размерность которого в используемой нами системе единиц равна
Используя трехмерную
-функцию на снятие интегрирования по
, получаем:
причем в аргументах
положено
Выражение (22), представляющее собой число частиц (в данном случае бозонов), рассеянных в интервал импульсов
в единичном объеме в единицу времени, обычно представляют в виде произведения
где
— модуль скорости налетающего бозона в л. с. к. (равный единице для фотона и
для частиц с конечной массой покоя). Множитель
имеющий размерность площади
пропорционален элементу телесного угла бозона после рассеяния и называется дифференциальным эффективным поперечным сечением. Это сечение согласно (22) может быть представлено в виде
Чтобы избавиться здесь от
-функции, воспользуемся тем, что в силу соотношения
и интеграцию
можно снять при помощи оставшейся
-функции. При этом, однако, следует принять во внимание, что энергии
входящие в ее аргумент, в силу закона сохранения
-импульса
суть зависимые функции. Поэтому, обозначая
получаем
Интегрируя дифференциальное сечение (23) по полному телесному углу Q, получаем полное эффективное поперечное сечение
В лабораторной системе координат (при р = 0)
где
— масса бозона,
масса фермиона. Поэтому, например в статическом пределе пион-нуклонного рассеяния
Формула (26) по форме совпадает с соответствующей формулой нерелятивистской квантовой механики. Этим и объясняется выбор нормировки в (21).
Отметим еще, что, как правило, при вычислении полных сечений не интересуются спиновыми индексами конечного состояния и проводят по ним суммирование. Если же и начальные индексы не выделены в эксперименте (например, рассеяние неполяризованного пучка на неполяризованной мишени), то по ним проводят усреднение. Обозначая эти операции суммирования и усреднения символом 2а, получим для дифференциального сечения следующее выражение:
Подобным образом из общих формул (15) и (16) могут быть найдены выражения для вероятностей и сечений других возможных процессов. Получим еще формулу для рассеяния частицы с импульсом
стационарным внешним полем. Рассмотрим для конкретности случай, когда частица, рассеявшись на потенциале, рождает еще одну частицу k, т. е. процесс типа тормозного излучения. Полагая в
получаем выражение
имеющее в используемой нами системе единиц размерность
представляя его в виде
, находим, выполнив интеграцию по
а также суммирование и усреднение по спиновым
индексам, дифференциальное эффективное сечение