Mikä on elastinen sironta?

Joustava sironta tapahtuu, kun kaksi tai useampia hiukkasia törmää ilman energiahäviötä. Tämä tarkoittaa sitä, että vaikka hiukkasten suunnat voivat muuttua, järjestelmän koko kineettinen energia eli liikeenergia säilyy aina. Termiä elastinen sironta käytetään tyypillisesti hiukkasfysiikassa, joka on mikroskooppisten hiukkasten tutkimus, mutta joustava törmäys voi tapahtua myös makroskooppisten esineiden välillä. Joustamaton törmäys tapahtuu, kun energiaa häviää törmäyksen aikana.

Termi joustava sironta tulee sirontateoriasta, joka on joukko sääntöjä ja yhtälöitä, jotka kuvaavat hiukkasten ja aaltojen vuorovaikutusta. Makroskooppisessa maailmassa, kun kaksi kohdetta törmää, se tapahtuu yleensä fyysisen törmäyksen kautta. Hiukkasfysiikassa esineet voivat kuitenkin törmätä muihin voimiin, mukaan lukien sähkömagneettiset törmäykset. Joustava törmäys voi tapahtua minkä tahansa esineen välillä ja kaikenlaisessa törmäyksessä.

Joustava sironta on erittäin tärkeää hiukkasfysiikassa. Kun elektronit törmäävät esimerkiksi muiden hiukkasten kanssa, törmäys on joustava, koska energiaa ei häviä. Tämä tunnetaan nimellä Rutherford -sironta ja ilmiö, joka johti atomin rakenteen löytämiseen.

Makroskooppisessa tai fyysisessä maailmassa on epätodennäköistä, että todellinen elastinen törmäys tapahtuu kahden suuren kohteen välillä. Tämä johtuu ympäröivistä voimista sekä suurten esineiden sisällä esiintyvästä tärinästä. Joissakin tilanteissa törmäys voidaan kuitenkin arvioida joustavaksi. Tämä on hyödyllistä, koska sen avulla voidaan arvioida kahden kohteen ennustettu nopeus ja suunta törmäyksen jälkeen yksinkertaisemmilla menetelmillä.

Yleinen esimerkki elastisesta sironnasta fyysisessä maailmassa on kahden biljardipallon törmäys. Vaikka pieni määrä energiaa menetetään tässä törmäyksessä kitkan vuoksi, se on tarpeeksi pieni ollakseen vähäinen. Kun kaksi biljardipalloa törmää, toinen pallo saa lähes täsmälleen sen määrän energiaa, jonka ensimmäinen pallo menettää, joten järjestelmän koko kineettinen energia säilyy.

Joustamaton sironta tapahtuu, kun kahden tai useamman törmäävän kohteen kokonaisenergiaa ei säilytetä. Todellisen maailman esineiden välisissä törmäyksissä joustamattomat törmäykset ovat paljon yleisempiä. Tämä johtuu pääasiassa lisävärähtelyistä, joita esiintyy, kun suuri esine törmää toiseen, koska nämä värähtelyt ottavat energiaa, joka olisi käytetty liikkumiseen. Momentum säilyy kuitenkin aina sekä elastisissa että joustamattomissa törmäyksissä.