Hajumine

Hajumine on protsess, mille käigus kiirgus (valgus, heli, osakeste voog) kaldub kõrvale oma sirgjoonelisest liikumistrajektoorist liikumisteele jääva keskkonna ebaühtluse tõttu, näiteks kokkupõrke tõttu liikumisteel oleva objektiga. Kiirguse tagasipeegeldumisel kasutatakse mõistet hajuv (ehk difuusne) peegeldumine siis, kui sama nurga all langev kiirgus (laine või osakeste kujul] peegeldub objekti eri punktidest tagasi erineva nurga all. Kui sama nurga all objektile langev kiirgus peegeldub tagasi ühesuguse nurga all, on tegemist mittehajuva peegeldusega. Osakese hajumine toimub kokkupõrkel teise osakesega (või aatomituumaga), mille tulemusena kokkupõrganud osakesed jäävad samaks, kuid muutub nende liikumise suund ja/või kiirus. Kui märklauaga põrganud osakese energia kokkupõrke tulemusena ei muutu võrreldes algse energiaga oluliselt, siis on tegemist elastse põrke ehk elastse hajumisega. Kui toimub energia ülekanne osakese ja märklaua vahel, siis on tegemist mitteelastse põrke ehk mitteelastse hajumisega. Üksikhajumine toimub ühe osakese kokkupõrkel märklauaga. Tavaliselt on siiski tegemist kiirguse niisuguse hajumisega, mille puhul palju osakesi põrkub paljude märklauapunktidega. Sel juhul on tegemist mitmikhajumisega. Üksikhajumise puhul on tegemist juhusliku sündmusega. Tulenevalt kvantmehaanika määramatuse printsiibist ei ole üksiku osakese hajumisele järgnev olukord üheselt määratud. Me saame rääkida ainult erinevatest tõenäosustest, millises suunas ja millise kiirusega osake märklauast eemale põrkas (hajus). Mitmikhajumise puhul saab erinevate põrgete vastastikusele seosele tuginedes üsna täpselt ennustada hajunud osakeste jagunemist erinevate põrkesuundade vahel. Elektromagnetkiirguse hajumine on kõige levinum ja uuritum hajumise liik. Nähtava valguse hajumine erisugustelt objektidelt annab võimaluse neid näha. Samamoodi "näeb" radar lennukeid tänu raadiolainete hajumisele lennuki metallkorpuselt. Kui kogu valgus hajub ilma neeldumata vaadeldava objekti pinnalt, siis näib see pind meile valgena. Kui valgus ei haju, vaid peegeldub, siis näib objekti pind kiiskavalt särav. Hajumise puudumine (kogu valgus neeldub) annab musta värvi. Absoluutselt must keha on selline objekt, millelt kiirgus ei haju ega peegeldu. Absoluutselt must keha neelab kogu talle langeva kiirguse. Sõltuvalt märklaua suurusest ja muudest omadustest võib eristada mitut liiki elektromagnetilist hajumist. Rayleigh' hajumine ja Mie hajumine on elastsed hajumised. Mitteelastsed hajumised on Brillouini hajumine, Ramani hajumine, mitteelastne röntgenikiirte hajumine ja Comptoni hajumine.  Pikemalt artiklis Rayleigh' hajumine Rayleigh' hajumine toimub pisikestelt osakestelt (tolmukübemed, õhu aatomid), mis on valguse lainepikkusest palju (u 10 korda) väiksemad. Kuna Rayleigh' hajumise intensiivsus on tugevalt seotud hajuva valguse lainepikkusega (pöördvõrdeline lainepikkuse neljanda astmega), siis hajub sama suure läbimõõduga osakestel erineva lainepikkusega valguskiirgus erinevalt. Just valguse Rayleigh' hajumine õhumolekulidelt teeb päikesepaistelisel päeval taeva siniseks ja hajumine atmosfääri alumistes kihtides olevatelt tolmukübemetelt õhtutaeva punaseks.  Pikemalt artiklis Mie hajumine Mie hajumine toimub kerakujulistelt kehadelt, mille suurus on võrreldav valguse lainepikkusega. Kui Rayleigh' hajumise puhul võis iga kujuga keha vaadelda kui kerakujulist, siis Mie teoorias toimivad hajumist iseloomustavad võrrandid ainult kerakujuliste objektide puhul. Mie teooria ei ole tegelikkuses mitte iseseisev füüsikateooria, vaid Maxwelli võrrandi lahendus elektromagnetkiirguse hajumisel kerakujulistelt osakestelt sõltumata osakese suurusest. Mie teooriat kasutatakse siiski kõige rohkem osakeste puhul, mille suurus on võrreldav hajuva valguse lainepikkusega. Oluliselt väiksemate mõõtmete puhul saab kasutada palju lihtsamat Rayleigh' hajumist kirjeldavat valemit ning oluliselt suuremate mõõtmete puhul (10 korda suurem lainepikkusest) piisab hajumise kirjeldamiseks juba geomeetrilise optika valemitest. Brillouini hajumine Peegeldumine Hajuv valgusvihk