En química , física nuclear y física de partículas , la dispersión inelástica es un proceso en el que la energía cinética de una partícula o de un sistema de partículas cambia después de una colisión. Formalmente, la energía cinética de la partícula incidente no se conserva (a diferencia de la dispersión elástica ). En un proceso de dispersión inelástica, parte de la energía de la partícula incidente se pierde o aumenta. Aunque la dispersión inelástica está históricamente relacionada con el concepto de colisión inelástica en dinámica , los dos conceptos son bastante distintos; La colisión inelástica en dinámica se refiere a procesos en los que la energía cinética macroscópica total no se conserva. En general, la dispersión debida a colisiones inelásticas será inelástica, pero, dado que las colisiones elásticas a menudo transfieren energía cinética entre partículas, la dispersión debida a colisiones elásticas también puede ser inelástica, como en la dispersión Compton , lo que significa que las dos partículas en la colisión transfieren energía causando una pérdida. de energía en una partícula. [1]
Cuando un electrón es la partícula incidente, la probabilidad de dispersión inelástica, dependiendo de la energía del electrón incidente, suele ser menor que la de dispersión elástica. Así, en el caso de la difracción de electrones de gas (GED), la difracción de electrones de alta energía por reflexión (RHEED) y la difracción de electrones de transmisión, debido a que la energía del electrón incidente es alta, se puede ignorar la contribución de la dispersión inelástica de electrones. La profunda dispersión inelástica de electrones a partir de protones proporcionó la primera evidencia directa de la existencia de quarks .
Cuando un fotón es la partícula incidente, se produce un proceso de dispersión inelástica llamado dispersión Raman . En este proceso de dispersión, el fotón incidente interactúa con la materia (gas, líquido y sólido) y la frecuencia del fotón se desplaza hacia el rojo o el azul. Se puede observar un corrimiento al rojo cuando parte de la energía del fotón se transfiere a la materia que interactúa, donde se suma a su energía interna en un proceso llamado dispersión Stokes Raman. El desplazamiento hacia el azul se puede observar cuando la energía interna de la materia se transfiere al fotón; este proceso se llama dispersión Raman anti-Stokes.
La dispersión inelástica se observa en la interacción entre un electrón y un fotón. Cuando un fotón de alta energía choca con un electrón libre (más precisamente, débilmente unido ya que un electrón libre no puede participar en la dispersión inelástica con un fotón) y transfiere energía, el proceso se llama dispersión de Compton. Además, cuando un electrón con energía relativista choca con un fotón infrarrojo o visible, el electrón cede energía al fotón. Este proceso se llama dispersión Compton inversa .
Los neutrones sufren muchos tipos de dispersión, incluida la dispersión elástica e inelástica. Que se produzca dispersión elástica o inelástica depende de la velocidad del neutrón, ya sea rápida o térmica , o en algún punto intermedio. También depende del núcleo al que choca y de su sección transversal de neutrones . En la dispersión inelástica, el neutrón interactúa con el núcleo y la energía cinética del sistema cambia. Esto a menudo activa el núcleo, poniéndolo en un estado energético excitado, inestable y de corta duración que hace que emita rápidamente algún tipo de radiación para devolverlo a un estado estable o fundamental. Se pueden emitir alfa, beta, gamma y protones. Las partículas dispersas en este tipo de reacción nuclear pueden hacer que el núcleo retroceda en la otra dirección.
La dispersión inelástica es común en las colisiones moleculares. Cualquier colisión que dé lugar a una reacción química será inelástica, pero el término dispersión inelástica está reservado para aquellas colisiones que no dan lugar a reacciones. [2] Hay una transferencia de energía entre el modo traslacional (energía cinética) y los modos rotacional y vibratorio.
Si la energía transferida es pequeña en comparación con la energía incidente de la partícula dispersada, se habla de dispersión cuasielástica .