Lähdekoodi sivulle Sironta

{{Viitteetön}}
[[Kuva:Diffraction-with-two-and-five-slits.jpg|thumb|right|[[Laser]]säteilyn diffraktiokuvio kahdesta (yllä) ja viidestä (alla) raosta.]]
[[Kuva:Wine glass in LCD projectors beam.jpg|thumb|[[Viinilasi]] [[videoprojektori]]n valokeilassa saa valon siroamaan.]]
'''Sironta''' on fysikaalinen prosessi, missä [[säteily]], esimerkiksi [[valo]] tai liikkuva [[hiukkassäteily|hiukkanen]], muuttaa suuntaansa kohdatessaan esteen tai [[tiheys|tiheyden]] muutoksen aineessa, jossa se kulkee. Sirota voi myös mekaaninen aaltoliike, kuten [[fononi]]t ja yleisemmin [[ääni]]. Sironnan voimakkuus ja suunta riippuvat muun muassa säteilyn [[aallonpituus|aallonpituudesta]] ja [[polarisaatio]]sta ja sirottavan kappaleen muodosta ja koosta. Järjestäytyneestä rakenteesta, esimerkiksi [[kiderakenne|kiteisestä]] [[mineraali]]sta, tapahtuvaa sirontaa kutsutaan ''[[diffraktio]]ksi''.

Sironta voi tapahtua hyvin erilaisista esteistä tai tiheysvaihteluista, esimerkiksi raosta, kuplasta liuoksessa, atomista, molekyylistä, [[alkeishiukkanen|alkeishiukkasesta]] tai [[kolloidi]]sta. Säteilyn ja liikkuvien hiukkasten sironta on siis merkittävä ilmiö kaikilla fysiikan aloilla aina [[hiukkasfysiikka|hiukkasfysiikasta]] [[tiiviin aineen fysiikka|tiiviin aineen fysiikkaan]], [[ilmakehä]]tieteissä ja [[tähtitiede|tähtitieteessä]]. Sirontaa käytetään myös materiaalien tutkimukseen, sillä sironnan voimakkuus ja suunta kertovat materiaalin rakenteesta.

Sirontaa sanotaan '''elastiseksi sironnaksi''', jos säteilyn [[energia]] ei muutu prosessissa ja '''epäelastiseksi sironnaksi''', jos energia muuttuu. Käytännössä mikään sirontatapahtuma ei voi olla täysin elastinen. Elastiseksi sironnaksi sanotaan kuitenkin sirontaa, jossa tilanteeseen tulleen säteilyn energian muutos on niin pieni, ettei sitä kokeellisesti tavallisesti havaita ellei tarkoitus nimenomaan ole mitata tuota eroa. Elastista sirontaa on muun muassa [[diffraktio]] ja epäelastista [[Comptonin ilmiö|Comptonin sironta]].

Sirontatapahtumat voidaan myös jakaa '''koherenttiin''' ja '''epäkoherenttiin sirontaan'''. [[Koherentti säteily|Koherentilla]] sironnalla tarkoitetaan kaikkia niitä sirontailmiöitä, joissa havaitaan säteilyn [[interferenssi]]ä. Interferenssi ilmenee voimakkaina maksimeina diffraktiokuviossa. Epäkoherentissa sironnassa jokainen sirottava yksikkö sirottaa säteilyä yksinään muista riippumatta ja interferenssiä ei synny. Epäelastinen sironta on useissa tapauksissa epäkoherenttia ja elastinen sironta koherenttia. Ei kuitenkaan aina.

==Matemaattinen esitys==
''[[Sirontateoria]]'' on se matemaattinen välineistö, jolla pyritään ymmärtämään hiukkasten ja säteilyn siroamista.

[[Kuva:Diffraction vecteurs symetriques.png|thumb|right|Symmetrinen diffraktio pinnasta.]]
Sironnan esittäminen piirroksin onnistuu muun muassa [[vektori]]kuvan avulla. Sironnassa sirottavaan kohteeseen tulevan säteilyn [[liikemäärä]]ä kuvaavaa ''aaltovektoria'' merkitään yleensä vektorilla '''k''' ja vastaavasti siitä lähtevän '''k''''. Näiden erotusta eli liikemäärän muutosta eli ''sirontavektoria'' merkitään
:'''K''' = '''k'''' – '''k'''.
Aaltovektorin suuruus riippuu käänteisesti säteilyn [[aallonpituus|aallonpituudesta]]. Sirontavektorin symboli riippuu asiayhteydestä ja se saatetaan määritellä hieman eri tavoin eri aloilla. Sirontavektorin yleisimmät symbolit ovat '''K''':n lisäksi '''q''', '''k''', '''G''' ja '''s'''.

Sironnan matemaattinen käsittely on yleensä hankalaa ellei tehdä joitain yksinkertaistuksia. Tästä syystä sironnan matemaattiset esitykset on nimetty eri tavoin riippuen muun muassa niissä tehdyistä yksinkertaistuksista eli [[approksimaatio]]ista.

===Elastinen sironta===
''[[Rayleigh'n sironta|Rayleigh'n sironnassa]]'' sirottavan partikkelin koon oletetaan olevan paljon pienempi kuin säteilyn aallonpituus. Rayleigh'n sironnan perusajatuksena on hiukkasen varausjakauman oskillointi siihen vaikuttavan sähkömagneettisen säteilyn sähkökentän vaikutuksesta. ''[[Thomsonin sironta|Thomsonin sironnaksi]]'' kutsutaan vastaavaa elastista sirontaa vapaista elektroneista.

Laajempi approksimaatioista vapaa esitys on [[pallo (geometria)|pallon]] muotoisille sirottaville kappaleille pätevä ''[[Mien teoria]]'' tai ''Mien sironta'', missä säteilyn aallonpituudelle ja partikkelin koolle ei ole asetettu rajoituksia. Mien teoria on [[Maxwellin yhtälöt|Maxwellin yhtälöiden]] analyyttinen ratkaisu [[sähkömagneettinen säteily|sähkömagneettisen säteilyn]] vuorovaikutuksesta pallon muotoisen kappaleen kanssa. Mien teoria on laajennettu koskemaan myös [[ellipsoidi|ellipsoideja]]. Toisin kuin Rayleigh'n approksimaatiossa Mien ratkaisussa aineen [[taitekerroin]] voi olla [[kompleksiluku]]. Mien sirontaa käytetään esimerkiksi laskettaessa näkyvän valon sirontaa ilmakehän vesipisaroista, kun taas Rayleigh'n sironta on riittävä approksimaatio näkyvän valon sironnalle molekyyleistä.

===Epäelastinen sironta===
Epäelastista sirontaa voi tapahtua useilla eri tavoilla, joita ovat muun muassa ''[[Ramanin sironta]]'', ''[[Comptonin ilmiö|Comptonin sironta]]'' ja ''[[Brillouinin sironta]]''. Epäelastinen sironta on useilla säteilylajeilla huomattavasti epätodennäköisempi vuorovaikutustapa kuin elastinen sironta.

==Historia==
Sironta on ollut tärkeä osa [[moderni fysiikka|modernin fysiikan]] syntyä. [[Comptonin ilmiö|Comptonin sironta]] oli osoitus [[valosähköinen ilmiö|valosähköisen ilmiön]] lisäksi valon luonteen [[aalto-hiukkasdualismi|kaksijakoisuudesta]]. Vaikka säteily käyttäytyi [[diffraktio]]ssa kuin aaltoliike, [[Arthur H. Compton|Arthur Compton]]in 1922 havaitsema epäelastinen sironta osoitti kuitenkin, että valo käyttäytyi myös kuin hiukkanen.

Aineen rakenteen tutkimus [[atomi]]tasolla oli mahdollista kokeellisesti vasta [[röntgendiffraktio]]n keksimisen jälkeen 1910-luvulla. Ennen [[atomivoimamikroskooppi|atomivoimamikroskoopin]] keksimistä 1986 rakennetutkimus nojasi täysin sirontamenetelmiin. Sirontamenetelmät ovat epäsuoria menetelmiä siinä missä atomivoimamikroskooppi antaa kuvan rakenteesta samalla tavalla kuin valokuvaus. Yhä edelleen [[röntgendiffraktio]] ja [[elektronidiffraktio]] ovat tärkeitä menetelmiä erityisesti biologisten molekyylien tutkimuksen apuvälineinä.

==Sirontamenetelmiä==
Kappaleesta tai tiheysjakaumasta elastisesti sironneen säteilyn [[intensiteetti]] ja sirontakulma kertovat kappaleen tai tiheysjakauman muodosta. Tätä käytetään hyväksi monissa menetelmissä, joilla tutkitaan aineen rakennetta. Epäelastisesti siroavan säteilyn energiaa tutkimalla saadaan tietoa aineen elektronien energiatiloista. Ainakin seuraavat säteilylajien mukaan jaotellut menetelmät pohjautuvat sirontakuvioiden tulkintaan tai epäelastisesti sironneen säteilyn energian havainnointiin.

<center>
{| class="wikitable"
|-
! Näkyvä valo
! Röntgensäteily
! Neutronit
! Elektronit
|-
| [[diffraktio]]<br>[[valonsironta]]<br>[[Ramanin sironta]]|| [[röntgendiffraktio]]<br>[[pienkulmaröntgensironta]] <br>[[epäelastinen röntgensironta]]|| [[neutronidiffraktio]]<br>[[pienkulmaneutronisironta]]<br>[[neutronispektroskopia]] || [[elektronidiffraktio]]
|}
</center>

==Lähteet==

'''Röntgensäteilyn sirontateoria'''
*{{kirjaviite|Tekijä=L. V. Azároff & R. Kaplow & N. Kato & R. J. Weiss & A. J. C. Wilson & R. A. Young|Nimeke=X-ray diffraction|Vuosi=1974|Julkaisija=McGraw-Hill}}
*{{kirjaviite|Tekijä=Guinier, André |Nimeke=X-ray diffraction: In crystals, imperfect crystals, and amorphous bodies|Vuosi=1994|Julkaisija=Courier Dover Publications|Tunniste=ISBN 0-486-68011-8}}

'''Sironta tiiviin aineen fysiikassa'''
*{{kirjaviite|Tekijä=Kittel, Charles|Nimeke=Introduction to solid state physics|Vuosi=1968|Julkaisija=John Wiley & Sons, New York}}

'''Sironta ilmakehässä'''
*{{kirjaviite|Tekijä=Kyle, Thomas G.|Nimeke=Atmospheric transmission, emission and scattering|Vuosi=1991|Julkaisija=Pergamon Press, Oxford}}

[[Luokka:Atomifysiikka]]
[[Luokka:Hiukkasfysiikka]]
[[Luokka:Plasmafysiikka]]