Une mesure de la probabilité qu'un événement de diffusion se produise entre des particules, souvent exprimée en unités de surface.La section efficace de diffusion est une grandeur physique qui quantifie la probabilité qu'un événement de diffusion se produise entre des particules, comme deux protons qui entrent en collision ou un neutrino qui interagit avec un noyau. Elle s'exprime en unités de surface, généralement en barns (1 barn = 10^-28 mètres carrés), et représente la surface effective que présente une particule cible à un projectile incident. Une section efficace plus grande signifie une probabilité d'interaction plus élevée. Ce concept est fondamental en physique des particules, en physique nucléaire et en astrophysique, car il régit les taux de réactions dans les accélérateurs, les étoiles et les détecteurs.
Le concept de section efficace a été introduit au début du XXe siècle, avec des contributions majeures de l'analyse de la diffusion des particules alpha par Ernest Rutherford, qui a conduit au modèle nucléaire de l'atome. Le terme « barn » a été inventé pendant le projet Manhattan comme une référence humoristique à la taille de la section efficace des réactions nucléaires, qui était « aussi grande qu'une grange » par rapport à d'autres processus.
La section efficace est définie en considérant un faisceau de particules incident sur une cible. Le nombre d'événements de diffusion par unité de temps est proportionnel au produit de l'intensité du faisceau, du nombre de particules cibles et de la section efficace. En pratique, les sections efficaces sont mesurées en comptant le nombre de particules diffusées dans un détecteur et en reliant cela aux propriétés connues du faisceau et de la cible. Théoriquement, les sections efficaces sont calculées à l'aide de la mécanique quantique, impliquant souvent le carré de l'amplitude de diffusion, qui dépend des forces entre les particules.
Les sections efficaces de diffusion sont essentielles pour concevoir des accélérateurs de particules et des détecteurs, prédire les doses de radiation dans les traitements médicaux, comprendre le comportement des réacteurs nucléaires et modéliser des processus astrophysiques tels que la nucléosynthèse stellaire et les interactions des neutrinos dans les supernovae.
La section efficace des interactions des neutrinos est si minuscule qu'un neutrino pourrait traverser une année-lumière de plomb avec seulement 50 % de chances d'interagir.
