Mössbauer ta'siri: kashfiyot va uning ahamiyatiga ta'siri

nima Mössbauer ta'siri haqida maqola muzokaralar. Shuningdek, bunday unda bir atom kvant energiya sathi va atom yadro, qattiq va jamoaviy quasiparticle sifatida tushunchalarni oshkor.

Matematik qiziqarli

XX asrning birinchi o'n yilda sodir bo'lgan fizika jixatidan, olimlar matematika jiddiy bilim talab qildi. Ko'pchilik kashfiyotlar qalam uchi, shunday gapirish, chaqirib olingan: ular amalda topilgan keyin nazariy hisoblash va birinchi da.

Misol uchun, mavjudligi gravitatsion to'lqinlar 1910 yilda Eynshteyn tomonidan bashorat, faqat 2016 yilda eksperimental tasdiqlash imkoniyatiga ega bo'ldi. ikki neytron yulduzlarning birlashtirish er usti fizika insoniyat fan gravitatsion o'lchash davri ochib tutib sobit ekanini silkinishlari oraliq yaratdi. Bu erda aytib o'tilgan hech ajablanarli joyi yo'q gravitatsiya: ya'ni bunday tadqiqotlar uchun Mössbauer ta'siri qiymati hisoblanadi. Lekin, bu istisno emas, balki qoida. Eng tez-tez, nazariyotchi va tajribachilar bir-birining orqasiga qadam, bir ish uning matematik ta'rifi zarurligini tug'dirdi va salbiy natija yangi, hali qabul bog'liqliklar gumonga bo'ladi. Mössbauer ta'siri kabi hodisalar biri edi. Bunday "tomoni» hodisa taxmin va Maks Plank 1900 oxirida bildirdi. Bu elektronlar va atom yadrosi dunyoda, barcha miqdorida faqat alohida qiymatlar qabul qilishi mumkin, deb, bu quantized dedi. Va, o'z fikricha, bu oson hisoblash qilgan faqat bir matematik hiyla edi. faqat mos yo'li jiddiy jismoniy hissini olib emas, ta'riflash uchun - Umrining oxirigacha u kvant, yoki eng kichik iloji qismi, masalan, yorug'lik ishonardi.

kvant jahon

Biroq, atomlarning miqyosda sodir bo'layotgan voqealarga etarli ta'rifi g'amxo'rlik va boshqa olimlar, masalan, bir xulosaga salohiyatini ko'rib, va har bir narsani quantized deb berilgan uchun oldi. ma'lum aylanishlar o'zlari faqat muayyan energiya darajasini bo'lishi mumkin yadrolari ustiga yadro atrofida elektronlar faqat bo'lishi mumkin. bas o'tish, yadrolari gamma nurlari ishlab. Mössbauer ta'siri harakat evaziga bir turdagi ishlab chiqarish kerak, lekin bu sodir bo'lmaydi, deb bahs yuritadi. Umuman, nanoworld xatti aniqlash barcha miqdori Nicemleme tortiladi - deb diskret hisoblanadi. Lekin koinot boshlang'ich zarralar massasi nisbati mahsulot sifatida ifodalanadi harakat miqdori u ham quantized ekanligini anglatadi, tubdan farq narsa ekanligini unutmang. Maks Plank soat, yoki minimal ta'siri qiymatini o'z ichiga olgan, uning mashhur formulani olingan qaysi fan hisobotida Shuning uchun, yangi davr ochdi. Bu davr edi kvant fizikasi. keyinchalik bu hodisaga berildi Mössbauer ta'siri, talqin, yigirmanchi asrning fan eng muhim kilometr toshlaridan biri bo'lib kelgan.

Mössbauer ta'sir kashfiyot

Biz yuqorida aytib o'tganimizdek, nazariy xulosalar eksperiment bilan qo'l ketdi. o'simliklar ustida isbot Ba'zi amaliy xulosalar "tizzasiga" va parcha materiallar olib tom ma'noda to'plangan. Olimlar metall bilan ishlash va o'rnatish to'plash uchun taxta kesib, shisha muhr, shuningdek, formulalar ko'rsatishi, ammo nafaqat ega bo'lgan. Albatta, laboratoriyalar rahbari faqat o'z uchastkalari yakunlarini sarhisob qilmoqda. qurilmalar maxsus maqsadlar uchun mo'ljallangan, va bevosita ilmiy-tadqiqot jarayonida Biroq, har bir Experimenter muhandis, ham edi. Men ham bundan mustasno va Mössbauer ta'siri bo'ldi. tadqiqotlar rahbari tomonidan tavsiya sifatida o'jar doktorlik Rudolf Mössbauer, sovutish birligidan o'lchash, o'rniga uni isitish usuli o'zgarmagan bo'lsa, uni ochib bo'lib o'tadi emas edi.

qattiq

Biz ushbu bo'limdagi o'quvchilarni aytaman nazariyasi, u birinchi qarashda aniq ko'rinadi. Biroq, yaxshi ma'lum, deb, oson har doim ajoyib harakatlarini erishmoqda uchun. Va shuning uchun, biz endi Dummies Mössbauer ta'siri tom ma'noda, bir marta butun laboratoriya ishlagan nima oddiy aytganda aytib ega.

qattiq ostida odatda kristal holatda bir modda ifoda etiladi. turli daraja elektronlar umumlashtirilishi Holbuki, bu holatda atomlarning yadrolari, bir qattiq davriy panjara hosil qiladi. Albatta, metall kristallar markaz umumiy elektronlar alohida sifatida mavjud orqali juda aniq metall rishtalari shakllangan. elektron bulut kristall panjaralari xatti e'tibor emas, uning mustaqil qonun tomonidan yashaydi. ko'proq an'anaviy ion va kovalent bog taqdim kristallar, elektronlar yanada yaqindan "o'z" yadrolar bilan bog'liq. Lekin ular bir gaz yoki suyuqlik nisbatan qo'shni tugunlari orasidagi ko'chib o'tishga bepul.

Qattiq majmui xususiyatlari nafaqat ulardagi kimyoviy elementlar, balki bir-biriga nisbatan atomlarning tashkil uyg'unligi. bir uglerod tuzilishi klassik misolida yumshoq grafit va boshqa ishlab chiqaradi - eng og'ir tabiiy materiallar - olmos. Shunday qilib, bir qattiq jism uchun ko'p birligi hujayraning munosabati va simmetriya nima turi degani. qattiq xususiyatlari va u nima Mössbauer ta'siri oshkor bo'ladi. mustahkam atomlarning barcha bog'liq quyidagicha: uning tabiati izohlanadi.

umumiy quasiparticles

Endi yetarlicha katta uch o'lchamli panjara tasavvur. model eng munosib tuz uchun: Na va Cl kupligini, birin-ketin uchlari joylashgan. negadir bir atom qatnashdi va bu qo'shni atomlar tortdi keyin, etarlicha qattiq munosabati bilan, muvozanatning oddiy bo'lib sindirish tufayli uni torting bo'lsa. Hisob-kitoblar yadrosi holatda o'zgarish uchinchi tartibini qo'shnilar kamida har qanday muhim ta'sir ko'rsatadi. Bu natriy "qatnashdi" bo'lsa, xlor biri uzoqdagi qatlami unga quyidagi qo'shni xlor atomlari natriy atomlar tortdi ketidan, degan ma'noni anglatadi. bu ta'siri barcha yo'nalishlarda uzaytirilishi mumkin. Odatda to'rtinchi-tartibi tartibsizlik qo'shni ozgina bor ekan. Biroq, ular nol emas.

negadir bo'lsa Binobarin, kuchliroq kristal, kristal panjara bo'ladi "to'lqinlari" (masalan, unga lazer yoki elektron nuridir yuborish) "urish". Billur ko'plab qo'shni atomlar bir vaqtning o'zida siljitish Bunday jamoa harakati yuqoriga yoki pastga, masalan, his, Fononlar chaqirdi. Aptallar uchun Mössbauer ta'siri, biz batafsil kirib fononlar sifatida elementar zarralar muomala bo'ldi faqat sizga aytmayman nima tasvirlab mavjud. Misol uchun, o'z energiya quantized bo'lib, ular, to'lqin uzunligi turtki ega va bir-biri bilan shovqin mumkin. Shunday qilib, fononlar kollektiv quasiparticles deyiladi. Ularning soni va mustahkam tanasi sifati, ular sodir bo'lgan bir tuzilishga berilgan. birligi hujayraning atomlarning hajmi, simmetriyaga turlarini bilish, u bo'lishi mumkin hisoblash. Fonon yuzaga to'g'risida ham kristall panjaralari ionlar orasidagi obligatsiyalar uzunligi va turini ta'sir qiladi.

frans nazariyasi

mustahkam barcha elektronlar va Orbital sarhisob buyon (va shu sababli ularning energiya), shuningdek, umumiy bo'lishi kerak. Birinchidan, biz elektronlar fermiyonlar deb nomlangan zarrachalar, bu sinfga tegishli ekanligini eslash lozim. Fermi, Dirac va Pauli bilan birga, bir davlat, tizimda faqat bitta bunday zarracha bo'lishi mumkin, deb topildi. Biz tuzlar, masalan qaytsak, har bir billur, biz natriy va xlor ionlari aql bovar qilmaydigan bir miqdorini o'z ichiga olgan, sho'rva yoki go'sht sep qaysi. Va ularning har biri bir xil aylanishlar ustida aylantirmoq elektronlar, bir xil miqdorda mavjud. Qanday bo'lishi mumkin? quyidagicha A qattiq vaziyatdan chiqib keladi: yana bir atom bir xil orbitada tegishli har qanday boshqa energiya elektronlar bir oz farq yadro atrofida aylanuvchi har elektronlar energiyasi. Shunday qilib, olingan: billur siqilgan maydoni hosil qilish uchun etarlicha kichik bir-biridan farq juda ko'p energiya darajasini mavjud edi. Fononlar kichik bir chunki atom intervallarni joriy nosimmetrikliklar juda kuchli emas. muhim ekanligini barcha bir butun bo'lib kollektiv harakat hisoblanadi. go'yo Shuning uchun fonon energiya, energiya sohasida "eritiladi". Bu va Mössbauer ta'siri asosida.

elektromagnit ko'lamli

zaryadlangan zarralarning harakati elektromagnit maydon bilan birga bo'ladi. emas, balki - Bu haqiqat, bir sayyora va yo'ldoshlarning ularni ega nima savol, esa boshqalar, masalan, qo'yadi. Elektromagnit to'lqinlar ularning chastotasi va shuning uchun energiyaning ko'ra sinflarga ajratish mumkin. Bu ikki xususiyatlari bog'langan va to'lqin uzunligi bog'liq. Nima Mössbauer ta'sir faqat qisqa o'quvchi elektromagnit ko'lamli gamma nurlanish qaerda tushunadi sharti mumkin. Shunday qilib, Airwaves ko'lamini ochadi. Nazariy ularning to'lqin uzunligi cheklash - o'lchamlari koinotni. Biroq, bunday nurlanish energiyasi uni ro'yxatdan mumkin emas, shuning uchun kichik bo'ladi. terahertz nurlanishi bir oz yuqori chastota. Biroq, u, va radio to'lqinlar juda aniq sharoitlarda kuzatiladi: a magnit maydonida elektronlar tiyilish, polimerlar flexural tebranishlar, qattiq yilda eksitonlar harakati. elektromagnit spektrining yanada aniq keyingi qismi - infraqizil nurlanish. Bu issiqlik shaklida energiya o'tkazadi. ko'rinuvchi yorug'lik Hatto oliy energiya. inson ko'z ko'radi spektrining qismi butun ko'lami bilan solishtirganda juda kichik bo'ladi.

Qizil chiroq eng kam energiya, va binafsha bor - eng yuqori. Shu munosabat bilan, u paradoks ma'lum: ko'proq sovuq suv ko'k ko'rsatilgan, kimning energiya qizil nur nisbatan yuqori bo'ladi. elektromagnit ko'lamini ultrabinafsha qismi allaqachon mustahkam kirib uchun etarlicha yuqori chastotaga ega ekanligini quyidagi. sayyoramizdagi boshqa tirik jonzotlar, odamlar kabi, ultrabinafsha nur sezmaysiz qaramay, biologik organizmlar to'g'ri ishlashi uchun uning ahamiyati juda kattadir. ultrabinafsha ishlashning asosiy manbai quyosh. Oliy energiya va ko'plab moddalarni kirib qilish qobiliyati X-ray bor. Bunday nurlanish manbai elektromagnit sohalarda elektronlar pastlab hisoblanadi. elektronlar bo'lishi mumkin, ham chegara, masalan, atom va bepul xosdir. tibbiy vositalar erkin elektronlar tomonidan qurilmalar mavjud. Nihoyat, eng qiyin va eng qisqa to'lqin gamma nurlanish hisoblanadi.

X-nurlari va gamma

fizika va muhandislik Mössbauer ta'siri va uning tatbig'i gamma nurlari va rentgen nurlari farqlash kerak. shunga ko'ra energiya darajasi va, qasamki, to'lqin uzunligi, ular raqobatini juda keng bo'lgan. Bu 5 picometres bir to'lqin uzunligi bilan bir gamma va rentgen bor, deb. ularning tayyorlash uchun turli usullar. Yuqorida aytib o'tilgandek, X-nurlanish elektronlar qachon pastlab sodir bo'ladi. Bundan tashqari, (yadro, shu jumladan), ayrim jarayonlarida bunday uran kabi, etarli darajada og'ir atom ichki qobiq elektron yo'qoladi. Biroq, boshqa elektronlar o'z o'rnini olishga moyil. Bunday harakat, va bo'lib X-nurlar manbai. Gamma nurlari yadrosining natijasi yuqori xursand davlat o'tishlar bo'lgan. Bu radiatsiya atomlarni yuqori kuchli qobiliyati bor va iyonlaştırarak qaysi o'zaro hamkorlik qiladi. gamma ray atomi bilan to'qnashadi, bu erda, bir deb atalmish Kickback bo'lishi kerak. Biroq, amalda u qattiq jism tegishli atomi bilan gamma nurlarining o'zaro ta'sir etishmayotgan ekan. Bu fonon yaratish, kristal elektron kengliklarida tomonidan "bulg'angan" edi, bu, deb qo'shimcha energiya bilan izohlanadi.

izotoplar

Mössbauer ta'siri va uning tatbig'i yaqindan bir ajablanarli aslida bilan bog'liq: hodisa davriy jadvalning barcha kimyoviy elementlarning harakat qilmaydi. Bundan tashqari, u faqat ba'zi moddalar izotoplar uchun muhim hisoblanadi. o'quvchi birdaniga unutib bo'lsa chaqiruv nima izotoplari. Bu har qanday berilgan atom elektrik neytral deb ma'lum. Bu degani, albatta, elektron qobig'ida boricha ijobiy protonlar yadrosida. Biroq, asosiy, shuningdek, mas'ul bo'lmagan neytron, zarracha o'z ichiga oladi. Agar yadrosida raqamini o'zgartirish bo'lsa, elektr betaraflik buzilgan emas, balki atom xususiyatlari oz o'zgardi. Bundan tashqari, u og'ir izotopi radioaktiv va oddiy masala ancha barqaror esa, chirishga moyil bo'ladi. Mössbauer ta'siri bilan ifodalanadi aniq elementlar va ularning izotop, juda ro'yxati. ⁵⁷ Fe aniqlash, masalan, odatda bu hodisaga tomonidan ishonchli.

kvant ta'siri foydalanish

bir yoki mikroskopik dunyoga bog'liq boshqa faraz tomonidan tasdiqlangan ishlab chiqarish tajribasi, u tez-tez, oson emas. Bundan tashqari, u bir xil ta'sir Mössbauer olib nima foydasi aniq emas? undan foydalanish, ammo, etarli keng. kristal xususiyatlari tergov materiallari, amorf qattiq va nozik maydalangan tolqoni bu kvant hodisaga orqali, jumladan, sodir bo'ladi. Bunday dori sifatida - masalan, ma'lumotlar, va juda yaqin odam fanlardan tajriba bo'limlarda (nazariy fizika) dan ancha uzoq talab etiladi. Shunday qilib, Mössbauer ta'siri va uning foydalanish ham, kundalik hayotda, ko'p foyda keltiradi nazariy kashf, bir misol sifatida ko'rib chiqilishi kerak.