اقرأ في هذا المقال
- ما هو التشتت غير المرن في فيزياء الجسيمات؟
- متى يحدث التشتت غير المرن؟
- كيف يؤثر التشتت غير المرن في المياه الطبيعية؟
- نظرية التشتت المرن وغير المرن للضوء بواسطة البلورات المغناطيسية
ما هو التشتت غير المرن في فيزياء الجسيمات؟
تتم دراسة نظرية التشتت غير المرن لنقل الإلكترونات السريعة عبر البلورات عندما يتم وصف الإلكترونات السريعة بواسطة موجات “بلوخ” بحيث يتم أيضاً مراعاة انعكاس “براج”. يتم الحصول على حلول لاتساع الموجة في حالة التشتت غير المرن بزاوية صغيرة ويظهر أنّ انتقالات التشتت غير المرن للإلكترون السريع ممنوعة عندما يكون احتمال التفاعل من النوع طويل المدى الذي قد ينشأ في إثارة (Plasmon’s).
تشرح هذه النتيجة ملاحظات المجهر الإلكتروني الأخيرة لتأثيرات “انكسار أو حيود الأشعة” (diffraction contrast)، المماثلة التي تم الحصول عليها باستخدام إلكترونات مبعثرة أو مبعثرة بشكل غير مرن، وتوضح أيضاً أن مثل هذا التشتت غير المرن لا يلزم أخذه في الاعتبار في نظريات تباين انكسار أو حيود الأشعة (diffraction contrast).
تتنبأ النظرية أيضاً بتوزيع “بواسون” لشدة القمم المختلفة التي لوحظت في طيف الطاقة للإلكترونات المرسلة. في البلورات السميكة، حيث تكون تأثيرات الامتصاص الشاذة مهمة، وجد أنّ التوزيع الزاوي للكثافة المبعثرة حول بقع حيود “براج” يحتوي على عدم تناسق في التوافق النوعي مع الملاحظات التجريبية.
متى يحدث التشتت غير المرن؟
يحدث التشتت غير المرن بسبب التفاعلات بين الإلكترونات الساقطة وإلكترونات العينة. تحدث آليات تفاعل مختلفة، وكلها تنطوي على نقل الطاقة (Reimer ،1998). يتم تحويل جزء كبير من الطاقة الممتصة في النهاية إلى حرارة، وهذا هو السبب الرئيسي لتلف العينة الناجم عن الحزمة.
يقتصر التوزيع الزاوي للانتشار غير المرن في الغالب على زوايا صغيرة جداً “تشتت أمامي”، والتي تكون أصغر من زاوية قبول كاشفات (BF) النموذجية. وبالتالي فإنّ عدد الإلكترونات المسجلة بواسطة كاشف (BF) بالكاد يتأثر بعمليات التشتت غير المرنة. وبالتالي، فإن الاختلافات في الإشارة المكتشفة في وضع (BF) أو (DF) ترجع في الغالب إلى الإلكترونات المتناثرة بشكل مرن.
كيف يؤثر التشتت غير المرن في المياه الطبيعية؟
يؤثر التشتت غير المرن في المياه الطبيعية، بسبب تشتت “رامان” (Raman scattering)، وتألق “الكلوروفيل-أ” (chlorophyll-a)، والتألق بواسطة المواد العضوية المذابة الملونة، على دقة منتجات البيانات الإشعاعية. تشتت “رامان” هو أكبر مصدر للضوء غير المرن.
تتجلى أهميته النسبية فيما يتعلق بالانتشار المرن بشكل خاص في الجزء الأحمر من الطيف “مؤقتاً يتجاوز 500 نانومتر” ويمكن أن يصبح جزءاً أكبر من مجال الضوء الطبيعي عند أطوال موجية وأعماق أكبر. تختلف تأثيرات الفلورة الناتجة عن “الكلوروفيل-أ” والمواد العضوية المذابة الملونة حسب تركيزها ومعامل الامتصاص، على التوالي.
تنحصر تأثيرات “الكلوروفيل-أ” في منطقة طيفية ضيقة نسبياً “بعرض 50 نانومتر تقريباً” تتمركز بالقرب من “685 نانومتر”، بينما تزعج المادة العضوية المذابة الملونة إلى حد كبير المنطقة الطيفية الزرقاء مع تناقص الإسهامات النسبية مع طول الموجة.
تشير الملاحظات العامة السابقة إلى أنّ التشتت غير المرن قد يتحدى بشكل كبير افتراض التحلل الخطي للبيانات الإشعاعية المحولة باللوغاريتمي في عمود الماء. وبالتالي، يؤثر التشتت غير المرن طيفياً على تحديد معاملات التوهين المنتشر والقيم الجوفية في المناطق الطيفية للأشعة تحت الحمراء والأزرق والأحمر والقريبة.
بشكل عام، لا تظهر المشكلة بشكل خاص في الأمتار القليلة الأولى تحت السطح لأطوال موجية أقل من “575 نانومتر تقريباً”. ومع ذلك، فإنّ إزالة التأثيرات المزعجة في منتجات البيانات الإشعاعية تتطلب نمذجة التشتت المرن وغير المرن في الماء كدالة.
نظرية التشتت المرن وغير المرن للضوء بواسطة البلورات المغناطيسية:
تم الحصول على وصف كمي للتفاعلات “المغناطيسية – الضوئية” المختلفة باستخدام تدوين التكمية الثاني في عازل “هاملتونيان” البلوري المعتمد على الدوران. يتضح أنّ تأثيرات (Faraday وKerr وCotton-Mouton وSpin Raman) بسبب السبين عالي النفاذية شبه المغناطيسي، والتي تظهر عموماً في الأدبيات كعمليات متميزة، يمكن وصفها في الواقع بتفاعل “هاميلتوني” (interaction Hamiltonian) مشترك بين الفوتون واللف.
من هذا التفاعل “الهاميلتوني” (interaction Hamiltonian)، يمكن فصل التفاعلات “المغناطيسية – البصرية” إلى مجموعتين تقابل إما تشتت فوتون مغناطيسي أو غير مرن. يتم استنتاج العلاقات الفيزيائية والتحليلية بين هذه التفاعلات والخصائص العامة للحساسية وقواعد الاستقطاب من المفهوم المجهري لتشتت الفوتونات بواسطة البلورات المغناطيسية.
يتضح أنّ تأثير “فاراداي“، الذي يتم فحصه عادةً من الانكسار الدائري لحقل مجهري، يمكن وصفه بأنّه تشتت مرن للفوتونات مع دوران مكاني (π / 2) من نواقل الاستقطاب.
