Une mesure de la probabilité qu'une réaction nucléaire spécifique se produise, exprimée comme une aire effective.En physique nucléaire et des particules, la section efficace mesure la probabilité qu'une interaction spécifique se produise lors de collisions entre particules. Elle s'exprime comme une aire effective, généralement en barns (1 barn = 10^-28 mètres carrés), et représente la « taille » d'une cible vue par un projectile incident. Une section efficace plus grande signifie que la réaction est plus probable ; une plus petite, qu'elle est plus rare. Ce concept est central pour comprendre aussi bien la capture neutronique dans les réacteurs que la production de particules lourdes comme le quark top au Grand collisionneur de hadrons.
Le concept a été introduit au début du XXe siècle, le terme « section efficace » étant utilisé dans les expériences de diffusion par Ernest Rutherford et ses collègues vers 1911–1913 pour décrire la probabilité que des particules alpha soient déviées par des noyaux d'or.
Imaginez que vous tirez un faisceau de particules sur une fine feuille de matériau cible. La section efficace est définie comme le rapport entre le nombre de réactions par noyau cible et le nombre de particules incidentes par unité de surface. Ce n'est pas une taille physique du noyau, mais une probabilité quantique, souvent influencée par les résonances, l'effet tunnel quantique et l'énergie de la particule incidente. Par exemple, un neutron peut avoir une section efficace énorme pour la capture à certaines énergies en raison d'une résonance, le faisant paraître « grand » alors que le noyau lui-même est minuscule.
Les sections efficaces servent à concevoir les réacteurs nucléaires, à calculer les blindages contre les radiations et à estimer les taux de production de particules rares dans les collisionneurs, comme le quark top ou le boson de Higgs.
L'unité « barn » a été inventée pendant le projet Manhattan comme un argot signifiant « grand comme une grange » pour décrire la section efficace étonnamment grande de certaines réactions nucléaires.
| \sigma | variable | cross section — section efficace metre squared |
| \hbar | constante | reduced Planck constant, fundamental quantum of action — constante de Planck réduite = 1.054571817e-34 joule second |
| G | constante | Newton's gravitational constant, determines strength of gravity — constante gravitationnelle = 6.67430e-11 metre cubed per kilogram per second squared |
| c | constante | speed of light in vacuum, fundamental constant of relativity — vitesse de la lumière = 299792458 metre per second |
| \propto | opérateur | proportional to — proportionnalité |
| τ | variable | optical depth — profondeur optique |
| n | variable | number density of absorbers — number density per cubic metre |
| σ | variable | cross-section per absorber — section efficace square metre |
| l | variable | path length through the medium — longueur metre |
| C | variable | capture rate of dark matter particles by the star — capture rate per second |
| R | variable | radius of the star — rayon metre |
| ρ_χ | variable | mass density of dark matter in the local environment — masse volumique kilogram per cubic metre |
| m_χ | variable | mass of a single dark matter particle — masse kilogram |
| v | variable | typical relative speed of dark matter particles with respect to the star — vitesse metre per second |
| σ | variable | scattering cross-section between dark matter and stellar nucleons — section efficace square metre |
| I | variable | Transmitted intensity — intensité watt per square metre |
| I_0 | variable | Incident intensity — intensité watt per square metre |
| σ | variable | Absorption cross-section per absorber — section efficace square metre |
| n | variable | Number density of absorbers — number density per cubic metre |
| x | variable | Path length through the medium — longueur metre |
| σ | variable | Cross section — section efficace metre squared |
| E | variable | Energy of the incident particle — énergie joule |
| α | variable | Power-law exponent — dimensionless exponent |
| ∝ | opérateur | Proportional to, up to a constant factor — proportionnalité |
| \sigma | variable | Cross section — section efficace square metre |
| g_1 | variable | Coupling constant of particle 1 — constante de couplage joule metre |
| g_2 | variable | Coupling constant of particle 2 — constante de couplage joule metre |
| \mu | variable | Reduced mass of the two-particle system — masse kilogram |
| m | variable | Mass scale (typically the mass of the particles) — masse kilogram |
