Mossbauer etkisi: keşif ve önemi etkisi

Ne Mossbauer etkisi hakkında makale konuşur. Ayrıca, burada yer alan bir atom kuantum enerji düzeyleri ve bir atom çekirdeği, bir katı ve toplu quasiparticle gibi kavramları tarif edilmektedir.

Matematiksel eğlenceli

Yirminci yüzyılın ilk on yılında meydana gelen fizikte bir atılım, bilim adamları matematik ciddi bilgi talep etti. Birçok keşifler kalemin ucuna, tabiri caizse, ayrıldınız: pratikte bulundu sonra teorik olarak hesaplanmış, ilk başta.

Örneğin, varlığı yerçekimsel dalgalar 1910 yılında Einstein tarafından tahmin sadece 2016 yılında deneysel olarak teyit başardık. İki nötron yıldızlarının birleşme karasal fizik insanlığın bilimde yerçekimsel ölçümlerin çağ açarak yakalanmış ve sabit olduğu sarsıntılar alanı yaratmıştır. Burada sözü şaşmamak yerçekimi: yani bu tür çalışmalar için Mossbauer etkisi değeridir. Ama bu kuraldan ziyade istisna olduğunu. Çoğu zaman, teorisyenler ve deneyci birbirlerinin topuklar üzerinde adım, bir çalışmada matematiksel tanımı için ihtiyacı doğmuştur ve olumsuz sonuca yeni, henüz alınan bağımlılıkları varsayımını olur. Mösbauer etkisi bu tür olayların biriydi. Bu tür "yan" olgusu varsayımdır ve Max Planck 1900 sonunda belirtilmiştir. Bu elektronlar ve atom çekirdeğinin dünyasında, bütün miktarlar yalnızca ayrık değerler alabilir, o nicelenmiş olduğunu söyledi. Ve kendi görüşüne göre, daha kolay hesaplama yapılmış sadece matematiksel bir hile idi. sadece uygun yolu ciddi fiziksel anlamda taşımayan, tarif etmek - Hayatının sonuna kadar o kuantum veya en küçük olası kısmı, örneğin, ışık inanıyordu.

kuantum Dünya

Ancak, atomların ölçeğinde olup bitenlerin yeterli açıklamasında ilgilenen diğer bilim adamları, böyle bir sonuca potansiyelini kabul edilir ve her şey nicemlenirse olduğu kabul götürdü. Belirli yörüngeleri kendilerini sadece belirli enerji seviyelerine sahip olabilir çekirdeklerin üzerine çekirdeğin etrafında elektronlar yalnızca olabilir. bunlar arasında atlama, çekirdekler gama ışınları üretir. Mossbauer etkisi eylem dönüş bir tür üretmek gerekir, ancak bu olmazsa savunuyor. Genel olarak, nanoworld davranışını tarif tüm miktarlar niceleme bağlıdır - bu ayrık. Ama makrokomosla temel parçacık için kütlenin hızının ürünü olarak ifade edilir ivme o da nicemlenirse, yani temelde farklı bir şey olduğunu unutmayın. Maks Plank saat veya minimal etkisi değeri içeren ünlü formül elde ettiği bilim raporunda Yani, yeni bir dönem açtı. Bu çağıydı kuantum fiziğinin. Daha sonra bu olgunun verildi Mossbauer etkisi, yorumu, yirminci yüzyılın biliminin en önemli kilometre taşlarından biri haline gelmiştir.

Mösbauer etkinin bulunması

Yukarıda da belirtildiği gibi, teorik sonuçlar deney ile elele gitti. bitkilerde kanıtladı Bazı pratik sonuçlar "diz" ve hurda malzemelerden anlamıyla topladı. Bilim adamları, metal ile çalışma ve montaj toplamak için kurulu kesilmiş, bir balon içinde sızdırmaz ayrıca aşağıdaki gösterir, ama sadece mümkün olmuştur. Tabii ki, laboratuarlar başkanı sadece koğuşları sonuçlarını özetlemektedir. cihazları belirli bir amaç için tasarlanmış, doğrudan araştırma aşamasında olan Ancak, her bir deneyci bir mühendis, oldu. Ben bir istisna ve Mossbauer etkisi oldu. Çalışmaların danışman tarafından tavsiye olarak inatçı bir doktora Rudolf Mossbauer, soğutma ünitesi ölçme yerine onu ısıtmak yöntemini değişmedi eğer Açılış gerçekleşecek olmaz.

katı

bu bölümde okuyucu söyleyecektir teori, ilk bakışta net görünüyor. Ancak, bilindiği gibi, kolay daima inanılmaz çabaları elde etmek. Ve böylece şimdi Aptallar için Mossbauer etkisi anlamıyla, bir zamanlar tüm laboratuvar sonuçları nelerin basit kelimeyle anlatmak mümkün.

Katı altında genellikle bir kristal halinde bir madde ifade edilmektedir. değişen derecelerde elektron özetlenmiştir ise, bu durumda atomların çekirdeklerinin, katı bir periyodik kafes oluştururlar. Tabii ki, metal kristalleri çekirdeği genel elektronlardan ayrılmasına olarak mevcut içinden çok özel metalik bağ oluşturmuştur. elektron bulutu kristal kafesinin davranışına dikkat ederek değil, onun bağımsız kanunla yaşıyor. Daha geleneksel iyonik ve kovalent bağlar mevcut kristaller elektronlar daha yakından "kendi" çekirdek ile bağlantılı. Fakat bunlar, bir gaz ya da bir sıvı içinde daha komşu düğümler arasında hareket etmek üzere serbesttirler.

Katı grubu özellikleri sadece onlarla olan kimyasal elementler, aynı zamanda birbirine göre atomlarının düzenlenmesi simetri. bir karbon yapısı, klasik örnekte yumuşak grafit ve diğer üretir - sert doğal materyal ve - elmas. Yani sert vücuda çok birim hücrenin bağlantısı ve simetri ne tür anlamına gelir. Katı özellikleri ve hangi Mossbauer etkisinin açıklanmasıdır. katı atomların tüm ilişkili aşağıdaki gibidir: Doğasında açıklanmaktadır.

toplu quasi

Şimdi yeterince büyük bir üç boyutlu kafes düşünün. Model uygun bir tuzu için: Na ve Cl küpleri, birbiri ardına köşe bulunur. şekilde bir atomu kapmak ve komşu atomuna çıkardı sonra, yeterince sağlam bir bağlantı kurulmuş, denge mutat yerde kırmak sayesinde onu çekin. Hesaplamalar çekirdeğin konumunda bir değişiklik, üçüncü düzenin komşu en azından önemli bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir. Bu sodyum "al" ise, bir klor dış tabakası onu takip komşu klorin atomu, sodyum atomu çekilmiş izlenen anlamına gelir. Bu etkisi her yöne uzatılabilir muhtemeldir. Genellikle dördüncü dereceden pertürbasyon komşular önemsiz söylenmektedir. Ancak, bunlar sıfır değildir.

şekilde Sonuç olarak, eğer daha güçlü kristal, kristal kafes olacak "dalga" (örneğin, ona bir lazer ya da elektron ışını göndermek için) "knockout". kristal bir çok komşu atomları aynı anda geçiş Bu kolektif hareketi yukarı ya da aşağı, örneğin, his, fonon adı. Aptallar için Mossbauer etkisi biz detaya gitmek ve fononların olarak temel parçacıklar davranmaya bulunmuştur sadece size söylemeyeceğim açıklamak için kullanılabilir. Örneğin, enerji nicelenmiş, onlar dalga boyu bir momentuma sahip ve birbirleriyle etkileşime girebildiği. Bu nedenle, Fononlar toplu quasi olarak adlandırılır. Bunların sayısı ve katı gövdenin kalitesi ortaya çıktıkları bir yapıya verilir. Birim hücrenin atomların boyutu, simetri ve türlerini bilerek, bu olabilir hesaplayın. fonon cereyan etmesi üzerine, aynı zamanda kristal kafes içinde iyonlar arasındaki bağların uzunluğu ve tip etkiler.

kuşak kuramı

Katı tüm elektronlar, ve orbitalleri özetler olması (ve dolayısıyla enerji) da genel olmalıdır. İlk olarak, elektronlar fermiyonlar denilen parçacıkların bu sınıfa ait olduğunu hatırlamalıyız. Fermi Dirac Pauli birlikte tek bir halde, sistemde sadece tek bir parçacık olabilir bulundu. Biz tuzların örneğe dönersek, her bir kristal, biz, sodyum ve klorür iyonları inanılmaz bir miktarını içeren, çorba veya et serpin olan. Ve bunların her biri benzer yörüngelerde döndürmek elektronların, aynı sayıda vardır. Bu nasıl olabilir? aşağıdaki gibi bir katı durumdan gelir: bir atomun aynı yörüngede ait diğer enerji elektronları biraz farklı çekirdeğin etrafında dolanan her bir elektron enerjisi. Böylece elde edilen: kristal bir sıkıştırılmış bir alan oluşturmak üzere yeterince küçük farklılık son derece fazla enerji düzeyleri mevcut içinde. Fononlar, küçük bir çünkü atomu aralıkları tanıtmak pertürbasyonlar çok güçlü değildir. Önemli olan tek şey, bir bütün olarak toplu harekettir. Bu gibi nedenle fonon enerjisi, enerji alanında "çözülmüş". Bu ve Mossbauer etkisi dayanarak.

Elektromanyetik ölçek

yüklü parçacıkların hareketi bir elektromanyetik alan ile eşlik eder. değil - Bu gerçek bir gezegen ve uydular onları sahip niçin sorusu ise diğerleri, örneğin, koyar. Elektromanyetik dalgaların frekans ve dolayısıyla enerji göre sınıflara bölünebilir. Bu iki özellik, birbirine bağlı olan ve dalga boyu bağlıdır. Ne Mossbauer etkisi sadece kısaca okuyucu elektromanyetik ölçekli gama radyasyonu bulunduğu anlar şartıyla olabilir. Yani, airwaves ölçek açın. Teorik olarak kendi dalga boyunu sınırlamak - boyutları evrenin. Ancak, bu tür radyasyon enerjisi o kayıt imkansız hale getirecek kadar küçük olur. Terahertz radyasyon biraz daha yüksek frekans. Ancak, bu ve radyo dalgaları çok özel koşullar gözlenmektedir: bir manyetik alan elektronların engellenmesi, polimerlerin bükülme titreşimleri, katı ekskitonların hareketi. Elektromanyetik spektrumun Daha net bir sonraki kısmı - kızılötesi radyasyonu. Bu ısı şeklinde enerji aktarır. Görünür ışığın bile yüksek enerji. İnsan gözü görür yelpazenin bu kısmı tüm ölçeğine göre çok küçüktür.

Kırmızı ışık düşük enerji ve morun - en yüksek. Bu bağlamda, paradoksu bilinir: daha soğuk su mavi gösterilir, olan enerji kırmızı ışığın daha yüksektir. Elektromanyetik ölçek ultraviyole kısmı önceden katı bir nüfuz etmek için yeterince yüksek bir frekansa sahip olduğu aşağıdakı. Gezegenimizde diğer canlılar gibi insanlar, ultraviyole ışık gördüğümüz yok olmasına rağmen, biyolojik organizmaların düzgün işlemesi için önemi çok büyüktür. Ultraviyole çalışmanın ana kaynağı güneştir. Daha yüksek enerji ve birçok cisimleri algılamada yeteneği röntgen sahiptir. Bu tür radyasyon kaynağı elektromanyetik alanların elektron yavaşlamadır. Elektronlar olabilir, her iki bağlı, yani atomu ve serbest aittir. tıbbi cihazlar serbest elektronların cihazlardır. Son olarak, en dayanıklı ve en kısa dalga gama radyasyonudur.

X-ışınları ve gama

fizik ve mühendislikte Mossbauer etki ve uygulama gama ışınları ve X-ışınları ayırt etmek gerekiyor. buna göre bir enerji düzeyinde, ile, dalga boyu bu üst üste binme, çok geniş bir aralıkta bulunmaktadır. Bu, 5 pikometre bir dalga boyuna sahip bir gama ve X-ışınları ise, orada. bunların hazırlanması için farklı yöntemler. Yukarıda açıklandığı gibi, X-ışın elektronları zaman yavaşlamasını meydana gelir. Ayrıca, (nükleer dahil), bazı işlemlerde Uranyum gibi, yeterince ağır atom, iç kabuk elektron kaybolur. Ancak, diğer elektronlar onun yerini almak eğilimindedirler. Bu geçişler, haline X-ışınlarının kaynağı. Gama ışınları çekirdekten sonucu daha yüksek uyarılmış durumdan geçişler vardır. Bu radyasyon atomuna yüksek nüfuz yeteneğine sahiptir ve iyonize olduğu etkileşime girer. gama ışını bir atomun çekirdeğindeki ile çarpıştığı zaman, burada, bir sözde geri tepme olmalıdır. Ancak, uygulamada bu bükülmez gövdeye ait bir atomun çekirdeğindeki gama etkileşmesi, darbe eksik olduğu ortaya çıktı. Bu bir fonon oluşturma, kristalin elektronik bantlar ile "lekeli" gibi bu, ek enerji gerçeği ile açıklanabilir.

izotoplar

Mössbauer ve uygulama yakın bir şaşırtıcı gerçeği ile ilgilidir: olgu periyodik tablonun tüm kimyasal elementler üzerinde hareket etmez. Üstelik yalnızca bazı maddeler izotopları için önemlidir. okuyucu aniden unutulursa hatırlama neyi izotoplar. Herhangi bir elektriksel olarak nötr atomu olduğu bilinmektedir. Bu demektir ki, elektron kabuğu olduğu kadar pozitif proton çekirdeğinde. Bununla birlikte, çekirdek de bir değişiklik yapmadan bir nötron, parçacık içerir. Eğer çekirdekte sayısını değiştirirseniz, elektrik tarafsızlığı ihlal edilmez, ancak atomun özellikleri biraz değiştirdi. Buna ek olarak, daha ağır izotop radyoaktif ve sıradan madde oldukça kararlı iken, çürümeye eğilimli olur. Mössbauer bir etki ile kendilerini beton elemanları ve bunların izotopları, Oldukça listesi. ⁵⁷ Fe saptanması, örneğin, genel olarak, bu fenomen tarafından güvenilir.

Kuantum etkileri kullanımı

bir ya da mikroskopik dünyası ile ilgili diğer hipoteze göre teyit edilir üretin deneyimi, genellikle kolay değildir. Buna ek olarak, aynı etkiyi Mossbauer getirebilir avantajı ne belli değil? Bunun kullanılması, ancak, yeterince geniş. kristal özelliklerinin incelenmesi malzemeleri, amorf katılar ve ince bölünmüş tozlar Bu kuantum fenomeni ile olmak üzere, meydana gelir. Tıp gibi - Bu tür veriler ve çok yakın adam dallarında uygulama bölümlerinde (teorik fizik) oldukça uzak gereklidir. Böylece, Mossbauer etkisi ve kullanımı bile günlük yaşamda, pek çok yarar getirir teorik keşif, bir örnek olarak kabul edilmelidir.