Espalhamento ressonante e não ressonante

4 de junho, 2021 às 18:41 | Postado em Mecânica quântica, Óptica

Bom dia professor. Poderia me ajudar a entender a diferença entre espalhamento ressonante e não ressonante e qual é a relação desses fenômenos com a óptica? Eu até encontrei referência a essa nomenclatura, mas sempre relacionado à quântica e em muitas vezes se referindo ao espalhamento de elétrons, mas não entendi se conseguimos relacionar fenômenos ópticos com cada um deles. Obrigado.

Historicamente, essas expressões de espalhamento ressonante e não ressonante estão relacionadas à teoria de fenômenos quânticos que abordam o problema de interação de duas partículas. O problema de espalhamento quântico é similar ao conceito clássico que descreve o movimento relativo de colisão de 2 partículas. A semelhança inicial deste problema quântico com a ótica está relacionada com a descrição do problema quando uma onda plana incidente, representando a função de onda da partícula livre, após interagir na escala de interação do potencial, produz uma função de onda final carregando a informação da interação.

O processo de espalhamento ótico é descrito de forma semelhante, onde o estado da onda eletromagnética espalhada é agora caracterizado pelo regime de interação da luz com a matéria.

Naturalmente, não se espera que os potenciais entre partículas e aqueles que descrevem a interação da luz com a matéria possuam a mesma forma, mas ainda alguns pontos comuns podem ser observados. Por exemplo, este adjetivo atribuído de “ressonante/não ressonante” ao espalhamento agora retrata as características particulares da interação presente.

No caso de partículas, esta figura de ressonância está relacionada ao regime de espalhamento onde o comprimento de onda da função de onda que descreve a partícula na região da interação possui a mesma escala espacial de interação do potencial. Esse corresponde ainda a um regime de colisão a baixas energias relativas à amplitude do potencial de interação, permitindo a existência de um estado metaestável, i.e., um processo de intervalo de duração relevante para modificar o estado das partículas espalhadas. Neste caso, existe uma forte dependência do valor de energia das partículas espalhadas, revelando o efeito destas ressonâncias sobre a seção de choque diferencial, i.e., sobre a distribuição angular das partículas espalhadas.

No caso ótico, o meio pode atuar em regimes ressonantes e não ressonantes, considerando também o comprimento de onda da luz, as dimensões e estrutura do objeto espalhador. A presença de ressonâncias relacionadas ao espalhamento de luz por partículas de dimensões próximas ao tamanho do comprimento de onda da luz incidente, é descrito pela teoria desenvolvida pelo físico alemão Gustav Mie (1868-1957). O principal conceito por trás da teoria está na presença de ressonâncias relacionadas a modos estacionários do campo oscilando nas estruturas.

Pressione aqui para ver uma animação sobre ressonâncias de Mie

A exemplo do caso do espalhamento de partículas, a presença destas ressonâncias leva a uma distribuição angular estruturada da radiação espalhada. Esta estrutura é uma “impressão digital” da partícula, servindo de método analítico para analisar a distribuição de tamanhos e formas de partículas em soluções coloidais.