Coherente verstrooiing:een zachte interactie

Coherente verstrooiing is een fundamenteel proces in de fysica waarbij een foton interactie aangaat met materie zonder energie te verliezen. Stel je een perfect elastische botsing voor tussen een biljartbal en een muur. De bal stuitert weg, verandert van richting maar behoudt zijn oorspronkelijke energie. Evenzo verandert het foton in coherente verstrooiing van richting (wordt verspreid) maar verliest geen energie.

Hier is een uitsplitsing:

Wat gebeurt er:

* foton in: Een foton (een pakket lichte energie) nadert een atoom of molecuul.

* Geen energieverlies: Het foton interageert met het atoom of molecuul, waardoor het oscilleert. Deze oscillatie herstelt op zijn beurt het foton.

* Foton uit: Het foton vertrekt met dezelfde energie maar in een andere richting.

Waarom het coherent wordt genoemd:

De term "coherent" verwijst naar het feit dat het verspreide foton zijn oorspronkelijke fase en frequentie behoudt. Dit betekent dat de golfkenmerken (amplitude en fase) van de inkomende en uitgaande fotonen in wezen identiek zijn.

Soorten coherente verstrooiing:

* Rayleigh Scattering: Dit is het meest voorkomende type, veel voorkomend in verstrooiing door deeltjes die veel kleiner zijn dan de golflengte van licht. Denk aan de blauwe lucht - het is te wijten aan Rayleigh -verstrooiing van zonlicht door luchtmoleculen.

* Thomson Scattering: Dit type treedt op wanneer fotonen interageren met vrije elektronen, waardoor ze elektromagnetische golven versnellen en stralen. Het is belangrijk in astrofysica, waarbij de verstrooiing van röntgenfoto's door interstellair gas wordt uitgelegd.

* Mie Scattering: Dit omvat verstrooiing door deeltjes die in grootte vergelijkbaar zijn met de golflengte van licht, wat leidt tot complexere verstrooiingspatronen. Het is verantwoordelijk voor de kleuren van zonsondergangen en halo's rond de zon of maan.

Toepassingen van coherente verstrooiing:

* röntgendiffractie: Gebruikt om de structuur van kristallen en moleculen te bepalen.

* Lichtverstrooiing: Gebruikt om de grootte en vorm van deeltjes in vloeistoffen of gassen te bestuderen.

* Atmosferisch onderzoek: Helpt te begrijpen hoe licht omgaat met de atmosfeer.

* Medische beeldvorming: Gebruikt in technieken zoals röntgenbeeldvorming en computertomografie (CT-scans).

In wezen is coherente verstrooiing een niet-destructieve interactie tussen licht en materie. Het speelt een cruciale rol in ons begrip van verschillende fenomenen, variërend van de kleur van de hemel tot de structuur van DNA.