Mössbauer epekto: ang epekto ng pagtuklas at ang kanyang kabuluhan

Ang artikulong talks tungkol sa kung ano ang Mössbauer epekto. isiwalat Gayundin konseptong tulad ng kabuuan ng antas ng enerhiya sa isang atom at isang atomic nucleus, solid at sama-quasipartikulo doon.

mathematical masaya

Isang pambihirang tagumpay sa physics na naganap sa unang dekada ng ikadalawampu siglo, siyentipiko ay humingi malubhang kaalaman sa matematika. Maraming tuklas inalis na, kaya na magsalita, sa dulo ng panulat: sa una sila ay kinakalkula theoretically at pagkatapos ay natagpuan sa kasanayan.

Halimbawa, ang pagkakaroon ng gravitational waves hinulaang sa pamamagitan ng Einstein noong 1910, ay magagawang upang kumpirmahin na pagtuklas lamang sa 2016. Ang pagsama-sama ng dalawang mga bituing neutron ay nilikha tremors space na pang-lupang physics nahuli at naayos na sa pamamagitan ng pagbubukas ng panahon ng gravitational measurements sa agham ng sangkatauhan. No wonder gravity na nabanggit dito: lalo para sa naturang pag-aaral ay ang Mössbauer halaga effect. Ngunit ito ay ang exception sa halip na ang panuntunan. Karamihan sa mga madalas, theorists at experimenters tumuntong ng bawat isa na takong, isa pag-aaral nagbigay ang pangangailangan para sa kanyang matematikal na paglalarawan, at mga salungat na konklusyon ay nagiging palagay ng mga bagong, hindi pa nakatanggap ng dependency. Mössbauer epekto ay isa ng naturang phenomena. Ang ganitong mga "side" phenomenon ay ang pagpapalagay at ang Max Planck ipinahayag sa katapusan ng 1900. Ito ay sinabi na sa mundo ng mga electron at atomic nuclei, ang lahat ng mga dami ng ay maaari lamang tumagal ng discrete halaga, iyon ay quantized. At, sa kanyang sariling opinyon, ito ay lamang ng isang matematikal na bilis ng kamay, na ginawa sa pagkalkula ng mas madali. Hanggang sa katapusan ng kanyang buhay siya ay naniniwala na ang quantum, o ang pinakamaliit na posibleng bahagi ng, halimbawa, liwanag - na angkop lamang na paraan upang ilarawan, hindi nagdadala ng isang malubhang pisikal na kahulugan.

Ang kabuuan mundo

Gayunpaman, ang ibang mga iskolar na interesado sa ang sapat na paglalarawan ng kung ano ang nangyayari sa ang laki ng atom, isinasaalang-alang ang mga potensyal na ng naturang konklusyon, at kinuha ito para sa ipinagkaloob na ang lahat ay quantized. Ang mga electron sa paligid ng nucleus ay maaari lamang maging mapagkumpitensya sa ilang mga orbit nuclei kanilang mga sarili ay maaari lamang magkaroon ng tiyak na antas ng enerhiya. Nilalaktawan therebetween, nuclei bumuo ng gamma ray. Mössbauer epekto argues na ang pagkilos ay dapat makabuo ng isang uri ng return, ngunit ito ay hindi mangyayari. Sa pangkalahatan, ang lahat ng mga dami na naglalarawan sa pag-uugali ng nanoworld ay napapailalim sa quantization - iyon ay discrete. Ngunit huwag kalimutan na ang momentum na sa makrokosm ay ipinahayag na ang produkto ng rate ng masa upang elementary particles ay isang bagay sa panimula iba't ibang, na nangangahulugan na siya, masyadong, ay quantized. Upang ang ulat ng agham na kung saan ang Maks Plank nagmula ang kanyang mga sikat na formula na naglalaman ng mga halaga ng h, o minimal na epekto, binuksan ng isang bagong panahon. Ito ang panahon ng quantum physics. Mössbauer epekto, interpretasyon, na sa kalaunan ay ibinigay sa ito kababalaghan, ay naging isa sa mga pinaka-mahalagang milestone ng agham ng ikadalawampu siglo.

Ang pagtuklas ng Mössbauer effect

Gaya ng naobserbahan natin sa itaas, ang panteorya conclusion nagpunta kamay sa kamay na may mga eksperimento. Ang ilang mga praktikal na konklusyon pinatunayan sa mga halaman na nakolekta literal "sa tuhod" at out ng mga materyales scrap. Ang mga siyentipiko ay able sa hindi lamang ipakita ang mga formula, ngunit din seal ang flask, gupitin ang board upang gumana sa metal at mangalap ng pag-install. Of course, ang pinuno ng laboratoryo lamang nagbubuod ang mga resulta ng kanilang mga wards. Gayunman, ang bawat tagapagsubok ay din ng isang engineer, bilang ang aparato ay idinisenyo para sa mga tiyak na mga layunin, at direktang sa proseso ng pananaliksik. Ako ay walang pagbubukod at ang Mössbauer epekto. Pagbukas ito ay hindi magaganap kung ang isang matigas ang kalooban Ng doktor Rudolf Mössbauer hindi nagbago ang paraan ng pagsukat ng paglamig yunit, sa halip ng pag-init ito, pati na pinapayuhan sa pamamagitan ng superbisor ng pag-aaral.

matatag

Ang teorya, na kung saan kami ay sabihin sa mga mambabasa sa seksyon na ito, tila malinaw na sa unang tingin. Gayunpaman, bilang ay kilala, madaling upang laging Nakakamit hindi kapani-paniwala pagsisikap. At kaya na kami ngayon magagawang upang sabihin sa mga simpleng salita kung ano ang Mössbauer epekto para sa Dummies literal, isang beses nagtrabaho ang buong laboratoryo.

Sa ilalim ng solid ay karaniwang nilalayong isang bagay sa isang mala-kristal na estado. Ang nuclei ng atoms sa kasong ito bumuo ng isang mahigpit na pana-panahong mga sala-sala, samantalang ang mga electron sa iba't ibang grado summarized. Siyempre, metal crystals nabuo napaka-tukoy na metallic bono sa pamamagitan ng kung saan ang nucleus umiiral bilang upang paghiwalayin ang mula sa generalised mga electron. Ang electron cloud nabubuhay sa pamamagitan ng kanyang independent batas, hindi nagbabayad ng pansin sa ang pag-uugali ng mga kristal sala-sala. Ang ba ay kristal na kung saan nagpapakita ng mas maraming mga tradisyonal na ionic at covalent Bonds, ang mga electron mas malapit na nauugnay sa "kanilang" nuclei. Ngunit may mga ito ay libre upang lumipat sa pagitan ng mga kalapit na nodes kaysa sa isang gas o likido.

Solid set properties hindi lamang ang mga elemento ng kemikal na nasa mga ito, kundi pati na rin ang mahusay na proporsyon ng aayos ng mga atoms na may kaugnayan sa bawat isa. Sa klasikong halimbawa ng isang carbon istraktura ay bumubuo ng soft grapayt, at ang iba pang mga - ang hardest natural na materyal - diamond. Kaya kung anong uri ng koneksyon, at mahusay na proporsyon ng ang yunit ng cell sabihin ng maraming sa isang naninigas body. Ang mga katangian ng solid at ito ay ang pagsisiwalat ng kung ano ang Mössbauer epekto. Likas na katangian nito ay ipinaliwanag bilang mga sumusunod: ang lahat ng atoms sa isang matatag na nauugnay.

sama-quasiparticles

Ngayon gunigunihin ng isang sapat na malaking tatlong-dimensional lattice. Para sa modelo pinaka-angkop asin: Na at CL ay matatagpuan sa vertices ng cube, isa pagkatapos ng isa pa. Kung sa anumang paraan grab isang atom at hilahin sa kanya upang basagin ang kinagawiang lugar ng balanse, salamat sa isang sapat na matibay na koneksyon, matapos itong hinila ang katabing atomo. Kalkulasyon ipakita na ang pagbabago sa ang posisyon ng core ay may hindi bababa ng anumang mga makabuluhang epekto sa mga kapitbahay ng ikatlong sunod. Nangangahulugan ito na kung ang "grab" sosa, na sinusundan hinila karatig atoms murang luntian, sosa atom na sumusunod sa kaniya ang isa pinakamalayo layer ng murang luntian. Ang epekto ng ito ay malamang na ma-extended sa lahat ng direksyon. Ito ay karaniwang sinabi na ang ika-apat-sunod na pag-aalaala kapitbahay ay bale-wala. Gayunman, ang mga ito ay hindi zero.

Dahil dito, kung kahit papaano "kumatok" crystal mas malakas (hal, upang magpadala sa kanya ng isang laser o elektron beam), ang kristal sala-sala ay "wave". Ang ganitong kolektibong kilusan kapag maraming katabing atoms sa kristal nang sabay-sabay shift pakiramdam, hal, pataas o pababa, na tinatawag na phonons. Magagamit upang ilarawan kung ano ang Mössbauer epekto para sa mga manika, hindi namin ay pumunta sa mga detalye at lang sabihin sa iyo na ang phonons ay natagpuan na kumilos particle tulad ng elementary. Halimbawa, ang kanilang enerhiya ay quantized, sila ay nagtataglay ng wavelength momentum at ay magagawang upang makipag-ugnay sa bawat isa. Kaya, ang mga phonons ay tinatawag na sama-quasiparticles. Ang kanilang mga numero at kalidad ng mga solid katawan ay binigyan ng isang istraktura na kung saan sila mangyari. Kalkulahin ang maaari itong maging, alam ang laki, symmetry at mga uri ng mga atoms ng ang yunit ng cell. Sa pangyayari ng phonon ring makaapekto ang haba at uri ng mga bono sa pagitan ng mga ions sa kristal sala-sala.

band theory

Dahil solid nagbubuod sa lahat ng mga electron nito, at ang orbital (at samakatuwid ang kanilang enerhiya) ay dapat ding maging pangkalahatan. Una, kailangan nating tandaan na ang mga electron nabibilang sa ganitong klase ng mga particle na tinatawag na fermion. Fermi, Dirac at Pauli-sama natagpuan na sa isang estado ay maaaring maging sa sistema, isa lamang tulad ng tinga. Kung kami ay bumalik sa halimbawa ng asing-gamot, ang bawat kristal, na kung saan pagdidilig namin sopas o karne, na binubuo ng isang napakalaking halaga ng sosa at klorido ions. At bawat isa sa kanila ay may parehong bilang ng mga electron, na i-rotate sa magkatulad na orbit. Paano na maging? Ang isang solid pagdating sa labas ng sitwasyon tulad ng sumusunod: ang enerhiya ng bawat electron nag-oorbit sa paligid ng nucleus, isang maliit na naiiba mula sa anumang iba pang mga electron enerhiya na kabilang sa parehong orbit ng isa pang atom. Kaya ito ay nakuha: sa kristal na umiiral lubhang magkano ang mga antas ng enerhiya na kung saan ay naiiba mula sa bawat isa sapat na maliit upang bumuo ng isang naka-compress na lugar. Ang perturbations na ipakilala phonons maliit na dahil ang isa mga saklaw atom ay hindi masyadong malakas. Ang mahalaga lamang ay ang kolektibong galaw bilang isang buo. Samakatuwid, ang phonon enerhiya, tulad ng ito ay "dissolved" sa lugar ng enerhiya. Batay sa ito at ang Mössbauer epekto.

electromagnetic scale

Ang kilusan ng sisingilin particle ay sinamahan ng isang electromagnetic field. katunayan na ito ay naglalagay ng, halimbawa, ang mga tanong kung bakit ang isa planeta at satellite nagtataglay ng mga ito, habang ang iba - hindi. Electromagnetic waves ay maaaring subdivided sa mga klase ayon sa kanilang dalas at samakatuwid enerhiya. Ang dalawang katangian ay interconnected at depende sa haba ng daluyong. Ano ang Mössbauer epekto ay maaari lamang sa madaling sabi, sa kondisyon na ang mga reader nauunawaan kung saan electromagnetic scale ay matatagpuan gamma radiation. Kaya, buksan ang mga airwave scale. Theoretically limitahan ang kanilang mga wavelength - dimensyon uniberso. Gayunman, ang enerhiya ng naturang radiation ay kaya maliit na ito ay imposible upang magrehistro. Bahagyang mas mataas na frequency sa terahertz radiation. Gayunpaman, ito ay, at ang mga radio wave ay na-obserbahan sa napaka-tukoy na kondisyon: pagsugpo ng mga electron sa isang magnetic field, flexural vibrations ng polymers, sa paggalaw ng excitons sa solid. Mas malinaw susunod na bahagi ng electromagnetic spectrum - ang infrared radiation. Ito transfers enerhiya sa anyo ng init. Kahit mas mataas na enerhiya ng nakikitang liwanag. Na bahagi ng spectrum na nakikita ng mata ng tao ay napakaliit kung ihahambing sa ang buong scale.

Pulang liwanag ang may pinakamababang enerhiya, at mga lilang - ang pinakamataas. Sa koneksyon na ito, ito ay kilala kabalintunaan: ang mas malamig na tubig ay ipinahiwatig sa asul, na ang enerhiya ay mas mataas kaysa sa pulang liwanag. Sumusunod na ang ultraviolet bahagi ng electromagnetic scale ay mayroon ng sapat na mataas na frequency upang tumagos sa isang matatag na. Sa kabila ng ang katunayan na ang mga tao, tulad ng iba pang nabubuhay na nilalang sa ating planeta, huwag mahalata ultraviolet light, ang kahalagahan nito para sa wastong paggana ng biological organismo ay napakalubha. Ang pangunahing pinagkukunan ng ultraviolet na pag-aaral ay ang araw. Ang mas mataas na enerhiya at ang kakayahan upang tumagos maraming sangkap ay may X-ray. Ang pinagmumulan ng gayong radiation ay ang pagbabawas ng bilis ng mga electron sa electromagnetic mga patlang. Ang mga electron ay maaaring maging parehong bound, ibig sabihin nabibilang atom at libre. Ang mga medikal na aparato ay mga aparato sa pamamagitan ng libreng mga electron. Sa wakas, ang toughest at ang pinaka-short-wave ay gamma radiation.

X-ray at gamma

Mössbauer epekto at application nito sa physics at engineering ay kailangang makilala sa pagitan ng gamma ray at X-ray. Sa pamamagitan ng ang antas ng enerhiya at, nang naaayon, ang wavelength ang mga ito sa isang napaka-malawak na hanay ng overlap. Iyon ay, mayroong isang gamma at X-ray na may isang haba ng daluyong ng 5 picometres. Iba't ibang mga pamamaraan para sa kanilang mga paghahanda. Tulad ng ipinaliwanag sa itaas, ang X-radiation ay nangyayari kapag ang pagbabawas ng bilis ng mga electron. Dagdag pa rito, sa ilang mga proseso (kabilang ang nuclear) mawala electron mula sa inner shell sapat na mabigat na atom, tulad ng uranium. Gayunpaman, ang ibang mga electron ay may posibilidad na kumuha ng kanyang lugar. Ang ganitong mga transition, at maging isang mapagkukunan ng X-ray. Gamma rays ay ang mga resulta ng nucleus transition mula sa isang mas mataas na nagaganyak ng estado. radiation na ito ay may isang mataas na matalim kakayahan at ionizes atom na kung saan nakikipag-ugnayan. Na ito kapag ang gamma ray collides sa nucleus ng isang atom, dapat na mayroong isang tinatawag na kickback. Subalit, sa pagsasanay ito naka-out na ang pakikipag-ugnayan ng gamma rays sa nucleus ng isang atom pagmamay-ari ng matibay katawan, ang epekto ay nawawala. Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng ang katunayan na ang mga karagdagang enerhiya, tulad ng ito ay "smeared" sa pamamagitan ng mga electronic na banda ng kristal, ang paglikha ng isang phonon.

isotopes

Mössbauer ang effect at ang paggamit nito ay may malapit na kaugnayan sa isa nakakagulat na katotohanan: ang pangkaraniwang bagay ay hindi kumilos sa lahat ng mga kemikal na elemento ng periodic table. Bukod dito, ito ay makabuluhang lamang para sa ilang mga sangkap isotopes. Kung ang mga mambabasa ay biglang nakalimutan kung ano ang isotopes recall. Ito ay kilala na sa anumang naibigay na atom ay electrically neutral. Nangangahulugan ito na sa nucleus ng positibong protons hangga't sa elektron shell. Gayunman, ang core ay naglalaman din ng isang neutron, maliit na butil nang walang bayad. Kung binago mo ang numero sa nucleus, electrical neutralidad ay hindi lumabag sa, ngunit ang mga katangian ng atom ay nagbago nang bahagya. Bilang karagdagan, ito ang mangyayari na ang mga mas mabibigat na isotope ay radioactive at ay nakararanas ng pagkabulok, habang ang ordinaryong materya ay lubos na matatag. Lubos ng listahan ng mga kongkreto elemento at ang kanilang mga isotopes, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng Mössbauer epekto. Detection ng ⁵⁷ Fe, halimbawa, ay karaniwang pinagkakatiwalaan ng mga ito kababalaghan.

Ang paggamit ng quantum effects

Produce karanasan, na kung saan ay nakumpirma na sa pamamagitan ng isa o ang iba pang mga teorya na may kaugnayan sa ang mikroskopiko mundo, ito ay madalas na hindi madali. Bilang karagdagan, ito ay hindi malinaw kung ano ang mga benepisyo ay maaaring dalhin ang parehong epekto Mössbauer? Ang paggamit ng mga ito, gayunpaman, ay malawak na sapat. Pagsisiyasat ng mga katangian ng mala-kristal na materyales, walang hugis solids at pino ang comminuted powders nangyayari, kasama ang sa pamamagitan pangkaraniwang bagay na ito ng kabuuan. Ang ganitong mga data ay kinakailangan sa medyo malayong mula sa seksyon na kasanayan (panteorya physics), at sa napakalapit man disiplina - tulad ng medicine. Kaya, ang Mössbauer ang effect at ang paggamit nito ay dapat na itinuturing bilang isang halimbawa ng panteorya diskubre, na nagdudulot ng maraming mga benepisyo, kahit na sa araw-araw na buhay.