截面 (物理)

在物理学中，横截面是衡量当某种辐射激发与局部现象（例如粒子 或密度波动）。 横截面通常表示为 σ (sigma) 并以面积单位表示，更具体地说以谷仓为单位。 在某种程度上，它可以被认为是为了使过程发生而激发必须击中的物体的大小，但更准确地说，它是随机过程的参数。

在经典物理学中，这种概率通常收敛到过程中所涉及的激发能量的确定比例，因此，例如，对于粒子的光散射，横截面指定了给定辐照度的光散射的光功率量 （单位面积的功率）。 值得注意的是，虽然横截面与面积的单位相同，但横截面不一定对应于其他测量形式给出的目标的实际物理尺寸。 散射物体的实际横截面积远大于或小于某些物理过程的横截面积的情况并不少见。 例如，等离子体纳米粒子对于特定频率的光散射截面可能比它们的实际截面面积大得多。

当两个离散粒子在经典物理学中相互作用时，它们的相互横截面是横向于它们的相对运动的区域，在该区域内它们必须相遇才能相互散射。 如果粒子是仅在接触时相互作用的硬非弹性球体，则它们的散射截面与其几何尺寸有关。 如果粒子通过某种超距作用力（例如电磁力或重力）相互作用，则它们的散射截面通常大于它们的几何尺寸。

当截面被指定为某些最终状态变量的函数的微分极限时，它被称为微分截面。 当横截面对所有散射角进行积分时，它称为总横截面或积分总横截面。 例如，在瑞利散射中，前向角和后向角的散射强度大于侧向散射的强度，因此前向微分散射截面大于垂直微分截面，通过将所有无穷小截面相加 用积分计算整个角度范围，我们可以找到总截面。

散射截面可以在核物理学、原子物理学和粒子物理学中定义为一种粒子的加速光束与第二种粒子的目标（静止或移动）的碰撞。 任何给定反应发生的概率与其横截面成正比。 因此，指定给定反应的横截面可以表示给定散射过程发生的概率。

给定过程的测量反应速率在很大程度上取决于实验变量，例如目标材料的密度、光束强度、设备的检测效率或检测设备的角度设置。 然而，这些数量可以被分解掉，从而可以测量潜在的两粒子碰撞截面。

微分和总散射截面是核物理、原子物理和粒子物理中最重要的可测量量。

在有限尺寸粒子的气体中，粒子之间的碰撞取决于它们的横截面尺寸。 粒子在两次碰撞之间行进的平均距离取决于气体粒子的密度。

σ是两粒子碰撞的横截面（SI单位：m2），λ是碰撞之间的平均自由程（SI单位：m），n是目标粒子的数密度（SI单位：m−3） .

如果气体中的粒子可以被视为通过直接接触相互作用的半径为 r 的硬球体，

如果气体中的粒子通过比其物理尺寸范围更大的力相互作用，则横截面是更大的有效面积，这可能取决于各种变量，例如粒子的能量。