湯姆森散射（Thomson scattering）
/ TOM-son /
把一道溫和的電磁波照在一個自由電子上，電子就在波的振盪電場中抖動；抖動的電荷會輻射，於是它把波往新的方向重新播送出去。湯姆森散射就是這種低能光被自由帶電粒子彈性散射的過程——光被電子彈開的古典圖像。
入射波把電荷驅動成以波本身的頻率振盪；依拉莫公式，振盪的電荷以同一頻率重新輻射（因此是彈性的——沒有能量損失給電子）。把被驅動偶極的輻射算通，會得到一個與頻率無關的總散射截面：湯姆森截面 sigma_T = (8 pi / 3) r_e^2，其中 r_e = q^2 / (4 pi epsilon_0 m c^2) 是古典電子半徑。數值上 sigma_T = 6.65 x 10^-29 m^2。散射光帶部分偏振，並遵循 (1 + cos^2(theta)) 的角分布。
湯姆森散射是康普頓散射（Compton scattering）的古典、低能極限；它只有在光子能量遠低於粒子靜止能量 hf << mc^2 時才成立，此時電子的反衝可忽略、頻率不變。一旦光子能量接近 mc^2，反衝就使波長偏移，你必須改用量子的康普頓（克萊因-仁科）處理。由於 sigma 正比於 1/m^2，電子的散射比質子強約 10^6 倍。湯姆森散射決定了電離電漿的不透明度，也塑造了宇宙微波背景的最後散射。
電子的湯姆森截面為 sigma_T = 6.65 x 10^-29 m^2，對紅光、無線電波或軟 X 射線都相同——只要光子能量遠低於電子 511 keV 的靜止能量。正因為 sigma ~ 1/m^2，在電漿中主導光散射的是自由電子，而不是重得多的質子。
自由電荷把波彈性地重新輻射；截面 sigma_T = (8 pi/3) r_e^2 與頻率無關。
湯姆森散射只有在低能極限 hf << mc^2 下才與頻率無關且為彈性；一旦光子能量接近 mc^2，電子反衝（康普頓散射）就使波長偏移，這幅古典圖像便失效。別把它跟瑞立散射混淆，後者的 omega^4 依賴來自「束縛」電荷，而非自由電荷。