散射是物理学中的一种过程，波或粒子通过与物质、其他粒子或场的相互作用而改变传播方向。出射的辐射或粒子可能在方向、能量或内部状态上与入射者不同。例如，大气分子对光的散射、固体对中子的散射，以及亚原子粒子之间的碰撞。散射测量既能揭示靶的结构，也能揭示支配其行为的相互作用。(psg.gsfc.nasa.gov)
物理描述与分类
典型的散射实验将一束粒子或波射向靶，并测量出射的粒子或波。相关的可观测量包括散射角、能量转移和偏振。结果取决于入射束、靶的性质以及两者之间的相互作用。散射并不一定涉及机械接触：电磁力可以使带电粒子偏转，而光可以通过分子受感应而产生的电响应发生散射。(indico.cern.ch)
在弹性散射中，碰撞系统的总动能守恒，内部状态保持不变。不过，单个入射粒子仍可能因靶的反冲而损失能量。在非弹性散射中，能量与内部激发或其他自由度发生交换。在光学术语中，弹性散射通常指散射光与入射光频率相同，此时忽略反冲及运动引起的频移。(ocw.mit.edu)
相干散射保留了相位关系，使不同散射中心的贡献能够产生干涉。由此形成的图样包含这些散射中心排列方式的信息。晶体产生的衍射就是一个重要例子：由晶体中按规则间距排列的组成单元散射的波，会在特定方向上相互增强。相干性和弹性描述的是不同性质，不应视为同义概念。(iucr.org)
截面与角分布
主要的定量指标是截面，即表示某种特定相互作用的强度或发生概率的有效面积。它不一定等于靶的几何面积。截面取决于入射能量、所选末态等因素。核物理和粒子物理中常用的单位是靶恩，等于 (10^{-28},\mathrm{m^2})。(opendata.cern.ch)
微分截面 (d\sigma/d\Omega) 描述沿某一方向附近单位立体角内的散射。对出射方向积分，即得到该散射道的截面：
[ \sigma=\int \frac{d\sigma}{d\Omega},d\Omega . ]
测量还可以分辨出射能量，从而得到同时对能量和角度微分的截面。角分布可以区分高度集中于前向的散射和分布更宽的散射，提供单一总截面数值之外的信息。(opendata.cern.ch)
光的散射
瑞利散射描述散射体尺寸很小时的极限情况，此时相关尺寸远小于波长。在远离共振的条件下，其强度近似按 (\lambda^{-4}) 变化。因此，地球大气层中的分子对较短波长可见光的散射强于较长波长可见光。这是白天天空呈蓝色的原因之一；在日出或日落时，阳光在大气中经过的路径更长，使直射太阳光束中的蓝光被散射掉得更多。(psg.gsfc.nasa.gov)
米氏理论描述球体对电磁波的散射，并将瑞利散射的行为包含为一种极限情况。它尤其适用于尺寸与波长相当或大于波长的粒子。大气气溶胶和云滴可产生显著的前向散射，而且其波长依赖性弱于分子产生的瑞利散射，这有助于解释云和霾为何呈现泛白的外观。粒子的大小、组成和形状决定了具体的散射响应。(acd-ext.gsfc.nasa.gov)
在康普顿散射中，光子与电子交换能量和动量。光子被初始静止的自由电子散射时通常会损失能量，而高能电子则可以将能量传递给光子。这种相互作用在高能辐射探测和天体物理学中具有重要意义。(ntrs.nasa.gov)
量子散射理论
在量子力学中，散射通过波函数的入射和出射分量来描述。对于涉及短程势的简单弹性过程，远处的散射波近似为球面波。其随方向变化的系数称为散射振幅，记作 (f(\theta,\phi))。采用通常的归一化约定时，
[ \frac{d\sigma}{d\Omega}=|f(\theta,\phi)|^2. ]
振幅包含相位信息，而截面描述可测量的角向强度分布。(ocw.mit.edu)
计算可以采用分波展开，将不同角动量的贡献分开处理；也可以采用玻恩近似，以微扰方法处理相互作用。这些方法是否适用，取决于势、入射能量和相互作用强度。它们将理论上的相互作用模型与可观测的散射图样联系起来。(ocw.mit.edu)
结构测量与历史意义
X射线受到物质中电子分布的散射。在X射线晶体学中，不同原子的散射贡献相互干涉，形成衍射反射，其强度取决于结构因子。分析这些测量结果可以获得原子位置和电子密度的信息。(iucr.org)
中子能够提供互补信息，因为不同原子核和同位素对中子的散射有所不同，而且中子的磁性使其对磁有序敏感。非弹性中子散射可测量激发和运动，包括与声子有关的晶格振动。电子衍射同样可以探测结构，但强烈的多重散射可能使结果的解释变得复杂。(nist.gov)
散射也改变了人们对原子的认识。1911年，欧内斯特·卢瑟福将α粒子散射的测量结果解释为存在一个微小而集中的原子核的证据。后来，深度非弹性散射成为研究核子结构的手段，将散射的应用从原子结构拓展到物质的组成成分。(nobelprize.org)