2) м2 (+)
3) ср
4) 1/м2
Микроскопическое поперечное сечение взаимодействия характеризует эффективную площадь мишени, с которой сталкивается частица, и обозначается σ. Для потока частиц Φ, имеющего размерность м−2·с−1, скорость взаимодействий с одной мишенью определяется соотношением R = Φσ. Поскольку R измеряется в с−1, размерность σ в системе СИ равна м2, поэтому верен вариант 2.
Поперечное сечение не является геометрической площадью в буквальном смысле: оно отражает вероятность процесса и зависит от энергии частиц, вида взаимодействия и свойств мишени. Для ядерных реакций и процессов рассеяния часто используют внесистемную единицу барн: 1 б = 10−28 м2. Размерность м2/ср относится не к полному, а к дифференциальному поперечному сечению по телесному углу.
При интегрировании дифференциального поперечного сечения по всем направлениям получают полное сечение: σ = ∫(dσ/dΩ)dΩ. Макроскопическое поперечное сечение Σ имеет уже размерность м−1 и рассчитывается как произведение концентрации поглотителей или рассеивающих центров на микроскопическое сечение; оно определяет ослабление пучка в веществе.
| Величина | Обозначение | Размерность СИ | Физический смысл |
|---|---|---|---|
| Полное микроскопическое поперечное сечение | σ | м2 | Интегральная мера вероятности взаимодействия частицы с одной мишенью |
| Дифференциальное сечение по телесному углу | dσ/dΩ | м2/ср | Распределение вероятности рассеяния или вылета частиц по направлениям |
| Дифференциальное сечение по энергии | dσ/dE | м2/Дж | Распределение взаимодействий по энергии вторичных частиц |
| Двойное дифференциальное сечение | d2σ/(dE dΩ) | м2/(Дж·ср) | Одновременная характеристика энергетического и углового распределения |
| Макроскопическое поперечное сечение | Σ = nσ | м−1 | Вероятность взаимодействия на единицу длины пути в веществе |
| Средняя длина свободного пробега | λ = 1/Σ | м | Среднее расстояние между последовательными взаимодействиями |
| Барн | б | 10−28 м2 | Практическая единица микроскопического сечения в ядерной физике |
Телесный угол в СИ выражается в стерадианах, однако для дифференциальных величин обозначение ср сохраняют, чтобы указать нормирование по направлению. Поэтому м2/ср нельзя принимать за размерность полного микроскопического сечения. Размерность м2 соответствует интегральной характеристике взаимодействия с отдельным атомом, ядром или другой элементарной мишенью.