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碰撞理論研究的是粒子間的一種相互作用。力學(xué)理論基礎(chǔ)是動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律。粒子多種多樣使碰撞理論分為：原子的碰撞、等離子體的碰撞等等。同屬于粒子間的相互作用的還有：輕原子核的聚合、正負(fù)電子的湮沒(méi)、荷電π介子的衰變、中子的beta衰變、核子N與π介子的相互作用、光子gamma與電子e-的散射等。

物理學(xué)和化學(xué)之中都涉及到粒子間的相互作用。

每個(gè)物體的各自動(dòng)能發(fā)生不連續(xù)變化的過(guò)程稱作物理碰撞，簡(jiǎn)稱碰撞。例如，電子槍發(fā)射的高速電子與原子核外電子之間的相互作用。其中，軔致輻射應(yīng)該是沒(méi)有發(fā)生碰撞的，所以動(dòng)能變化是連續(xù)的。而，如果電子在原子核外電子電場(chǎng)力的作用下減速后，還具有充足的動(dòng)能，就會(huì)把原子的內(nèi)層電子碰撞出軌道。碰撞過(guò)程的每個(gè)電子的各自動(dòng)能的變化是不連續(xù)的。

有新物質(zhì)生成的過(guò)程稱為化學(xué)反應(yīng)，簡(jiǎn)稱反應(yīng)。例如，輕原子核（含氫H的同位素）的聚合生成氦He、質(zhì)子p和中子n。

物理化學(xué)研究的是二者兼有的相互作用。

粒子碰撞粒子分裂利用動(dòng)量守恒和能量守恒定律可以得到一系列關(guān)于各種力學(xué)過(guò)程特性的結(jié)論。特別重要的是，這些性質(zhì)完全不依賴于粒子間具體的相互作用形式。

粒子分裂研究的是粒子自動(dòng)、沒(méi)有外力作用分裂成兩個(gè)組成部分的問(wèn)題，分裂后兩個(gè)粒子獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。

在粒子分裂前靜止的參考系中觀察這個(gè)過(guò)程是最簡(jiǎn)單的。根據(jù)動(dòng)量守恒定律，分裂后兩個(gè)粒子動(dòng)量之和仍為零，即兩個(gè)粒子的動(dòng)量大小相等方向相反。動(dòng)量的大小可以由能量守恒定律：

確定，其中和是兩個(gè)粒子的質(zhì)量，和是兩個(gè)粒子的內(nèi)能，而是原來(lái)粒子的初始內(nèi)能。用表示分裂能，即：

能量為正時(shí)反應(yīng)才可能發(fā)生。由此可以確定動(dòng)量的大小，兩個(gè)粒子的速度分別為：

粒子是足夠小的點(diǎn)，這樣的點(diǎn)又稱為質(zhì)點(diǎn)。這樣總動(dòng)量為零的參考系稱為質(zhì)心參考系。如果反應(yīng)前粒子以一定的速度相對(duì)此參考系運(yùn)動(dòng)，那么這個(gè)參考系稱作實(shí)驗(yàn)室參考系。1

彈性碰撞如果兩個(gè)粒子碰撞不改變兩個(gè)粒子的內(nèi)部狀態(tài)，那么稱為彈性碰撞。研究彈性碰撞應(yīng)用能量守恒定律時(shí)不必考慮內(nèi)能。

根據(jù)動(dòng)量守恒定律，碰撞前后兩個(gè)粒子動(dòng)量矢量和不變；又，根據(jù)能量守恒定律，碰撞前后兩個(gè)粒子能量和不變。設(shè)碰撞前兩個(gè)粒子的速度為和，那么碰撞后兩個(gè)粒子的速度與其的關(guān)系可由兩個(gè)定律推導(dǎo)得到：

其中是矢量。2

粒子散射在物理應(yīng)用中經(jīng)常遇到的是，以相同速度飛向散射中心的粒子束的散射。不同的粒子有不同的瞄準(zhǔn)距離，因此以不同的角度散射。

設(shè)有一束實(shí)驗(yàn)粒子，相對(duì)于靶心的速度為，粒子數(shù)密度為，定義粒子流強(qiáng) ，表示單位時(shí)間內(nèi)，通過(guò)垂直于粒子流方向的單位面積的粒子數(shù)。選取球坐標(biāo)系，設(shè)極軸（z軸）與入射粒子運(yùn)動(dòng)方向一致，靶粒子位于坐標(biāo)原點(diǎn) 。單位時(shí)間內(nèi)，流強(qiáng)為的粒子流被一個(gè) 類(lèi)粒子散射后，通過(guò)立體角元的類(lèi)粒子數(shù) 正比于流強(qiáng) 和立體角元：

其中，是單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)立體角元的粒子數(shù)。稱為微分散射截面，但其實(shí)是一個(gè)比例系數(shù)。這里的和都是泛指粒子的類(lèi)型，而不是特指粒子和粒子。這是因?yàn)檫@個(gè)比例系數(shù)是和實(shí)驗(yàn)粒子、散射中心粒子的類(lèi)型有關(guān)的。

微分散射截面，是如果未發(fā)生散射時(shí)粒子束所通過(guò)的平面的面元，與發(fā)生散射時(shí)粒子束所通過(guò)的立體角元所在球面的面元，二者面積的比值。如圖：

如果不考慮完全反彈粒子，那么微分散射截面在散射中心粒子身上，只取決于這個(gè)粒子的上面一小部分，和下面一小部分。

是單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)平面單位面積的粒子數(shù)。與的乘積，就是單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)球面單位面積的粒子數(shù)。

是速度，就是單位時(shí)間內(nèi)穿過(guò)的距離。在勻速運(yùn)動(dòng)前提下，單位距離和單位時(shí)間一定是一致的，因此，這段單位距離，就指的是到屏上立體角元的距離。

是立體角元。

“單位面積”不同于“微分”。平面和球面的單位面積一定是相同的，但是微分可以不同。
根據(jù)立體角元微分：

因?yàn)樗蟮氖橇Ⅲw角元通過(guò)的粒子數(shù)，而立體角元是對(duì)球面有意義的，因此應(yīng)該認(rèn)為是單位面積，那么一定比單位面積小，而且一定等于單位面積的倍。
因此，通過(guò)球面單位面積的粒子數(shù)，一定就等于通過(guò)平面單位面積的粒子數(shù)的倍。這個(gè)比值就稱為“微分散射截面”。3

原子的碰撞具有一定能量的粒子（包括原子核）撞擊原子核（常稱為靶核），使靶核的組成或能量狀態(tài)發(fā)生變化的過(guò)程，稱為核反應(yīng)。核反應(yīng)可用反應(yīng)方程式表示，其中含靶核、入射粒子、剩余核和出射粒子。

歷史上第一個(gè)核反應(yīng)，是盧瑟福于1919年觀察到的。盧瑟福利用釙的同位素放出的能量為7.68 的粒子撞擊氮?dú)鈺r(shí)發(fā)現(xiàn)了如下反應(yīng)：

粒子表示氦原子，表示質(zhì)子。

等離子體的碰撞等離子體是由大量做自由運(yùn)動(dòng)的和相互作用（碰撞）的帶電粒子所組成的系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，碰撞對(duì)等離子體宏觀特性的影響是對(duì)大量碰撞過(guò)程的平均的結(jié)果。

庫(kù)侖碰撞是等離子體中帶電粒子之間的碰撞，與一般二體碰撞具有顯著的不同。

首先對(duì)于某一個(gè)帶電粒子而言（看成散射中心），由于德拜屏蔽效應(yīng)，其對(duì)被散射帶電粒子的作用范圍是德拜半徑的量級(jí)。對(duì)離散射中心距離大于德拜半徑的粒子，可以近似地看成沒(méi)有相互作用。因此，碰撞參數(shù)的最大值。

另一方面，散射中心對(duì)德拜球內(nèi)的所有帶電粒子同時(shí)發(fā)生相互作用，因此，等離子體中帶電粒子的相互作用一般是多體相互作用，而不像中性粒子之間的碰撞是二體。當(dāng)然，當(dāng)碰撞參數(shù)很小時(shí)，所觀察的兩個(gè)帶電粒子的相互作用，可以近似地忽略其他帶電粒子存在的影響，近似地看成二體碰撞。對(duì)于一般多體碰撞，在一定近似下，也可以看成一系列無(wú)關(guān)的二體碰撞的疊加。

正負(fù)電子的湮沒(méi)狄拉克在1930年預(yù)言了有電子的反粒子（即正電子）的存在。

在什么條件下，才能夠?qū)崿F(xiàn)狄拉克理論所預(yù)言的電子-正電子對(duì)呢？正能態(tài)能級(jí)和負(fù)能態(tài)能級(jí)之間存在著的間距。為了產(chǎn)生電子對(duì)，必須讓真空吸收能量大于的光子，這樣，“負(fù)能電子海”中一個(gè)電子激發(fā)越過(guò)禁區(qū)，跳到正能態(tài)能級(jí)區(qū)，表現(xiàn)為一個(gè)正能量的電子，同時(shí)留下的電子“空穴”則表現(xiàn)為一個(gè)帶正電荷的正電子。綜合上述，發(fā)生了如下的過(guò)程：

條件是“原子核場(chǎng)中”。

反過(guò)來(lái)講，如果電子海中有一個(gè)空位（即有一個(gè)正電子），那么正能態(tài)電子（即電子），就能夠跳到這個(gè)空位上去，并放出能量和大于的光子。伴隨著光子的產(chǎn)生，電子對(duì)消失了。正負(fù)電子相遇，可以轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè) 光子，記作。