La diffusion est le phénomène par lequel un rayonnement, comme la lumière, le son ou un faisceau de particules, est dévié dans diverses directions par une interaction avec d'autres objets. La diffusion peut être isotrope, c'est-à-dire répartie uniformément dans toutes les directions, ou anisotrope. En particulier, la fraction de l'onde incidente qui est retournée dans la direction d'où elle provient est appelée rétrodiffusion (backscatter en anglais). La diffusion peut s'effectuer avec ou sans variation de fréquence. On parle de diffusion inélastique dans le premier cas, élastique dans le second. La polarisation du rayonnement incident peut être modifiée par la diffusion.
Historiquement, le développement de la compréhension des phénomènes et de leur modélisation est le fait de nombreux physiciens.
La diffusion d'une onde sur un centre diffuseur est définie par la section efficace donnant la variation de fréquence et de direction du rayonnement incident.
P est la fonction de phase qui dans la plupart des cas respecte la symétrie cylindrique : la déviation est indépendante de la direction d'arrivée . Elle représente la distribution angulaire de pour donné et est donc normée
Le rayonnement est caractérisé par la luminance donnant la quantité d'énergie pour un intervalle de fréquence donnée, dans un angle solide donné autour de la direction , éventuellement pour un intervalle de polarisation donné. La luminance obéit à l'équation de transfert radiatif qui est une équation intégro-différentielle linéaire. On peut donc homogénéiser simplement le milieu de la façon suivante :
Plusieurs types de centres diffuseurs positionnés aléatoirement.
Soit le nombre de diffuseurs de type i par unité de volume, chacun associé à la section efficace , la section efficace moyenne du milieu est
Distribution aléatoire de position, forme et taille des centres diffuseurs.
La section efficace est alors le produit de convolution
où f est la densité de probabilité d'avoir une particule d'espèce n d'orientation donnée.
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En mécanique quantique, l'amplitude de diffusion est l'amplitude de probabilité qui intervient lorsqu'une onde sphérique sortante (objet ponctuel) est éclairée par une onde plane entrante, dans le cas d'un processus de diffusion à l'état stationnaire. Ce processus est décrit par la fonction d'onde suivante : où est l'onde plane incidente et transmise selon l'axe , avec le nombre d'onde, est l'onde sphérique sortante diffusée. On a les termes : le vecteur de position, l'angle de diffusion, et l'amplitude de diffusion, dont la dimension est une longueur.
On parle de diffusion inélastique de rayonnement (onde électromagnétique, mais aussi neutron) lorsque l'énergie du rayonnement diffusé est différente de l'énergie du rayonnement incident. En spectroscopie, on parle de processus Stokes, lorsque l'énergie du rayonnement diffusé est inférieure au rayonnement incident ; il y a gain d'énergie dans l'échantillon par la création d'une excitation (phonon, magnon etc.) et de processus anti-Stokes dans le cas contraire. Plusieurs techniques de spectroscopie exploitent ce phénomène.
The Lippmann–Schwinger equation (named after Bernard Lippmann and Julian Schwinger) is one of the most used equations to describe particle collisions – or, more precisely, scattering – in quantum mechanics. It may be used in scattering of molecules, atoms, neutrons, photons or any other particles and is important mainly in atomic, molecular, and optical physics, nuclear physics and particle physics, but also for seismic scattering problems in geophysics.
La spectroscopie, ou spectrométrie, est l'étude expérimentale du spectre d'un phénomène physique, c'est-à-dire de sa décomposition sur une échelle d'énergie, ou toute autre grandeur se ramenant à une énergie (fréquence, longueur d'onde). Historiquement, ce terme s'appliquait à la décomposition, par exemple par un prisme, de la lumière visible émise (spectrométrie d'émission) ou absorbée (spectrométrie d'absorption) par l'objet à étudier.
Lélectrodynamique quantique (parfois dite relativiste) est une théorie physique ayant pour but de concilier l'électromagnétisme avec la mécanique quantique en utilisant un formalisme lagrangien relativiste. Selon cette théorie, les charges électriques interagissent par échange de photons virtuels. L'étude statique (absence d'évolution au cours du temps) du champ électrique s'appelle électrostatique, celle du champ magnétique magnétostatique. En dynamique, les deux champs deviennent couplés, devenant une seule discipline, l'électro-magnéto-dynamique.
La chimie physique est l’étude des bases physiques des systèmes chimiques et des procédés. En particulier, la description énergétique des diverses transformations fait partie de la chimie physique. Elle fait appel à des disciplines importantes comme la thermodynamique chimique (ou thermochimie), la cinétique chimique, la mécanique statistique, la spectroscopie et l’électrochimie.