对于粒子物理中的反应截面的理解

首先我想说的是反应截面顾名思义是有量纲的，其量纲单位是米的平方。

然后根据各种权威解释，反应截面定义为（这里不谈单位立体角）：

  。这个 定义首先图像是一个反应（从反应 开始到反应结束）。dn是反应了的 粒子数量，n是参与反应的粒子数量（入射粒子数），N是单位体积靶核的靶核粒子数（靶核粒子也是一种粒子）（明确两点：1：靶核有可能和入射粒子是同一种粒子也可能不同，2：靶核可能是不动的也可能是动的，在动的情况下，你把任何一方看做靶核均可。【附录1】）。dx是单位长度。所以Ndx就是单位面积的靶核粒子数。【附录2】。

反应截面的量纲虽然是，但由于反应截面很小，我们一般使用单位 barn（简称b），其换算为。最早提出barn的应该是费米。1barn 正好是 中子和U235的反应截面。

在不考虑单位立体角的 情况下，测量反应 截面可以通过计算有多少粒子入射以及多少粒子反应相除得到反应概率后，再计算靶核密度，则得到了反应截面。很多人将反应截面直接理解为反应概率。而我将反应截面理解为普遍化的反应概率。为什么这样说呢？反应概率在不同的探测器，不同的靶核密度下是会有所变化的。 靶核密度大，反应概率自然大。这就使得不同的探测器会测量出不同的反应概率，这就丧失了国际交流的普遍性。而除了单位面积靶核粒子数的反应截面就没有这个问题。它在任何探测器上得到的反应截面都是相同的（当然与测量还有些关系，但更普遍了）。所以科学家们之所以不直接讨论反应概率而大多文献用反应截面是因为已经除了靶核密度的影响，得到的就是纯正的反应本身的概率信息。所以反应截面是世界探测器通用的。在图像中看见反应截面的时候，可以直接理解为反应发生的概率是没有问题的。  

【附录1】

P.S这里有一个问题大家可以思考的：如果是对撞而不是靶核静止不动，两种情况，如果对撞粒子数相同，当然你选择哪个是靶核哪个是入射粒子都可以，但如果对撞的粒子数不同，那么dn/n的反应概率是肯定不会变的，但是选择不同的靶核会导致Ndx就是靶核密度改变，那反应截面不就不一样了？所以会不会这是为什么LHC一直都保持着相撞粒子数相同的原因之一？而且这样也比较合理和对称和稳定一些。这个问题我没有正确答案，欢迎思考评论。

【附录2】

这里说说为什么 不直接用单位 面积靶核粒子数，而 要用单位体积 ×长度。其原因我 的理解是因为靶核粒子数本来就是单位体积的东西，我们 很难理解一个粒子 有单位面积的粒子数。但是碰撞往往确实是 单位面积上的碰撞，我们也很难理解单位体积的碰撞这样的概念，所以最后写成了Ndx的形式。