Mossbauer effekt: Effekten av funnet og dens betydning

Artikkelen snakker om hva mößbauer-effekten. Det beskrives også begreper som kvante-energi i et atom og en atomkjerne, solid og kollektiv quasiparticle deri.

matematisk moro

Et gjennombrudd i fysikk som skjedde i det første tiåret av det tjuende århundre, forskere krevde alvorlig kunnskaper i matematikk. Mange funn er trukket tilbake, så å si, på spissen av pennen: først de ble beregnet teoretisk og i praksis.

For eksempel eksistensen av gravitasjonsbølger spådd av Einstein i 1910, var i stand til å bekrefte eksperimentelt bare i 2016. Sammenslåingen av to nøytronstjerner har skapt rystelser plass som bakkenett fysikk fanget og fast ved å åpne æra av gravitasjonsmålinger i vitenskapen om menneskeheten. Ikke rart gravitasjon nevnt her: nemlig for slike studier er Mossbauer effekt verdi. Men dette er unntaket heller enn regelen. Oftest teoretikere og forskere tråkke på hverandres hæler, en studie ga opphav til behovet for sin matematiske beskrivelse og negativ konklusjon blir antagelsen av nye, ennå ikke mottatt avhengigheter. Mössbauer virkning var en av slike fenomener. Slike "side" fenomenet er fortsatt drift og Max Planck uttrykt ved utgangen av 1900. Det sies at i verden av elektroner og atomkjerner, kan alle mengder bare ta diskrete verdier, som er kvantisert. Og i sin egen mening, det var bare en matematisk triks, som gjorde beregning enklere. Frem til slutten av sitt liv han mente at quantum, eller minst mulig del av, for eksempel lys - bare egnet måte å beskrive, ikke bærer en alvorlig fysisk forstand.

Kvante verden

Men andre forskere som er interessert i en dekkende beskrivelse av hva som skjer på omfanget av atomer, anses potensialet for en slik konklusjon, og tok det for gitt at alt er kvantisert. Elektroner rundt kjernen kanskje bare på visse baner kjerner seg selv bare kan ha spesifikke energinivå. Hoppe derimellom, kjerner generere gammastråler. Mossbauer effekt hevder at handlingen skal produsere en slags avkastning, men dette skjer ikke. Generelt er alle de mengdene som beskriver virkemåten til nano er gjenstand for kvantisering - det er diskret. Men ikke glem at momentum som i makrokosmos uttrykkes som produktet av frekvensen av masse til elementærpartikler er noe fundamentalt annerledes, noe som betyr at han også er kvantisert. Slik at vitenskap rapport hvor Maks Plank utledet sin berømte formel som inneholder verdien av h, eller minimal effekt, åpnet en ny æra. Dette var den æra av kvantefysikken. Mossbauer effekt, tolkning, som senere ble gitt til dette fenomenet, har blitt en av de viktigste milepælene i vitenskapen av det tjuende århundre.

Oppdagelsen av Mössbauer effekt

Som vi har nevnt ovenfor, de teoretiske konklusjoner gikk hånd i hånd med forsøket. Noen praktiske konklusjoner viste seg på planter samlet bokstavelig talt "på kneet" og ut av skrap materialer. Forskere har vært i stand til ikke bare vise formel, men også forsegle flasken, sages bordet til å arbeide med metall og samle installasjonen. Selvfølgelig, leder av laboratoriene oppsummerer bare resultatene av sine avdelinger. Men hver forsøket, var også et ingeniør, ved at anordninger som er konstruert for spesifikke formål, og direkte i undersøkelsesprosessen. Jeg var ikke noe unntak og Mossbauer effekt. Åpning det ikke ville finne sted hvis en sta doktor Rudolf Mossbauer ikke endret fremgangsmåte for måling av kjøleenheten, i stedet for å varme den opp, som anbefales ved veileder for studiene.

solid

Teorien, som vi vil fortelle leserne i denne delen, synes det klart ved første øyekast. Men som kjent, lett å alltid oppnår utrolige innsats. Og så er vi nå i stand til å fortelle i enkle ord hva mößbauer-effekten for Dummies bokstavelig talt, en gang jobbet hele laboratoriet.

Under solid vanligvis menes et stoff i en krystallinsk tilstand. Kjernene av atomer i dette tilfelle danne en streng periodisk gitter, mens elektronene i varierende grad sammenfattet. Selvfølgelig, metall krystaller dannet meget spesifikk metallisk bindingen gjennom hvilken kjernen eksistere som å skille fra generaliserte elektroner. Elektronet sky lever av sin uavhengige lov, ikke betaler oppmerksomhet til oppførselen til krystallgitteret. Krystallene som fremviser mer tradisjonelle ioniske og kovalente bindinger, at elektronene mer nært forbundet med "sine" kjerner. Men der de er fri til å bevege seg mellom nærliggende noder enn i en gass eller væske.

Faste angi egenskaper ikke bare de kjemiske elementer som er i dem, men også symmetri av arrangementet av atomene i forhold til hverandre. I klassisk eksempel på en karbonstruktur genererer bløt grafitt, og den andre - de hardeste naturlig materiale - diamant. Så hva slags tilkobling, og symmetri av enhetscellen betyr mye for en stiv kropp. Egenskapene til det faste stoffet, og det er beskrivelsen av hva Mossbauer-effekten. Sin natur er forklart som følger: alle atomene i en fast tilknyttet.

kollektive quasiparticles

Nå forestille seg et tilstrekkelig stort tredimensjonalt gitter. For modellen mest egnet salt: Na og Cl er plassert i hjørnene av kubene, en etter en. Hvis måte ta ett atom og trekke ham til å bryte den vanlige sted av balanse, takket være en tilstrekkelig fast forbindelse, etter at det trekkes de nærliggende atomer. Beregninger viser at endringen i posisjonen til kjernen har i det minste noen vesentlig innvirkning på naboer av tredje orden. Dette betyr at hvis "gripe" natrium, etterfulgt trukket nabokloratomer, natriumatomene følgende ham en ytterste lag av klor. Virkningen av dette vil trolig bli utvidet i alle retninger. Det er vanligvis sagt at fjerde ordens forstyrrelse naboer er ubetydelig. Men de er ikke null.

Følgelig, hvis en eller annen måte "banke" krystall sterkere (for eksempel for å sende ham en laser eller elektronstråler), krystallgitteret vil "bølger". Et slikt kollektiv bevegelse når mange naboatomer i krystall samtidig forskyve føler, f.eks, opp eller ned, kalt fononer. Tilgjengelig for å beskrive hva mößbauer-effekten for dummies, vil vi ikke gå inn i detaljer, og bare fortelle deg at fononer ble funnet å oppføre seg som elementærpartikler. For eksempel, er kvantisert deres energi, har de bølgelengde momentum, og er i stand til å interagere med hverandre. Dermed blir fononer kalles kollektive quasiparticles. Deres antall og kvaliteten av det faste legeme gis en struktur hvor de oppstår. Beregn det kan være, kjenne størrelse, symmetri og typer av atomer av enhetscellen. På forekomsten av fonon påvirker også lengden og typen av bindinger mellom ioner i krystallgitteret.

bandet teori

Ettersom faststoff-sammenfatter alle sine elektroner, og de orbitaler (og dermed deres energi) bør også generaliseres. Først må vi huske at elektronene tilhører denne klassen av partikler som kalles fermioner. Fermi, Dirac og Pauli sammen funnet ut at i en tilstand kan være i det system, bare en slik partikkel. Hvis vi går tilbake til eksemplet med salter, som hver krystall, som vi strø suppe eller kjøtt, omfattende en utrolig mengde av natrium- og kloridioner. Og hver av dem har det samme antall elektroner, som roterer på identiske baner. Hvordan kan det ha seg? En solid kommer ut av situasjonen som følger: energien i hver elektron i bane rundt kjernen, en litt forskjellig fra alle andre energi elektroner som tilhører den samme bane av et annet atom. Dermed fås i krystall eksisterer svært mye energi på nivåer som avviker fra hverandre som er tilstrekkelig liten til å danne et komprimert område. De forstyrrelser som innfører fononer liten fordi en atomkjeder er ikke meget sterk. Alt som teller er den kollektive bevegelsen som helhet. Derfor fonon energi, som det var "oppløst" i området av energi. Basert på dette og Mossbauer effekt.

elektro~~POS=TRUNC skala

Den bevegelse av ladete partikler som er ledsaget av et elektromagnetisk felt. Dette faktum setter, for eksempel spørsmålet om hvorfor en planet og satellitter har dem, mens andre - ikke. Elektromagnetiske bølger kan deles inn i klasser i henhold til deres frekvens og dermed energi. Disse to karakteristika er forbundet med hverandre og er avhengig av bølgelengden. Hva er den Mossbauer-effekten kan bare kort, forutsatt at leseren forstår hvor elektromagnetisk skala er plassert gammastråling. Så åpne opp eteren skala. Teoretisk begrenser deres bølgelengde - dimensjoner universet. Imidlertid ville energi av slik stråling være så liten at det er umulig å registrere. Litt høyere frekvens i terahertzstråling. Imidlertid er det, og de radiobølger er observert i meget spesifikke betingelser: hemming av elektroner i et magnetisk felt, bøye vibrasjoner fra polymerer, bevegelsen av excitons i det faste stoff. Mer klar neste del av det elektromagnetiske spektrum - den infrarøde strålingen. Den overfører energi i form av varme. Enda høyere energi av synlig lys. Den delen av spekteret som det menneskelige øyet ser er svært liten i forhold til hele skalaen.

Rødt lys har lavest energi, og lilla - den høyeste. I denne forbindelse er det kjent paradoks: jo mer kaldt vann er angitt i blått, hvis energi er høyere enn for rødt lys. Etter at den ultrafiolette del av det elektromagnetiske skalaen har allerede en tilstrekkelig høy frekvens til å penetrere inn i et fast materiale. Til tross for at folk, som andre levende skapninger på planeten vår, ikke oppfatter ultrafiolett lys, er dens betydning for riktig funksjon av biologiske organismer enorm. Den viktigste kilden til ultrafiolett studien er solen. Høyere energi og evne til å trenge mange stoffer har X-ray. Kilden for slik stråling er det retardasjon av elektronene i det elektromagnetiske felt. Elektronene kan både være bundet, dvs. tilhører atomer og fri. De medisinske anordninger er enheter av frie elektroner. Til slutt, de hardeste og mest mulig kortbølget er gammastråling.

Røntgenstråler og gamma

Mossbauer-effekten og dens anvendelse i fysikkens behov for å skjelne mellom gammastråler og røntgenstråler. Ved nivået av energi og følgelig den bølgelengde de er i et svært bredt spekter av overlapping. Det vil si, det er en gamma og røntgenstråling med en bølgelengde på 5 picometer. Forskjellige fremgangsmåter for deres fremstilling. Som forklart ovenfor, er røntgenstråling oppstår når retardasjon av elektronene. Videre, i enkelte prosesser (inkludert kjerne) forsvinner elektron fra det indre skall er tilstrekkelig tungt atom, slik som uran. Men andre elektroner en tendens til å ta hans plass. Slike overganger, og bli en kilde for røntgenstråler. Gammastråler er et resultat av kjernen overganger fra en høyere opphisset tilstand. Denne strålingen har en høy gjennomtrengningsevne og ioniserer atomene til hvilke samvirker. Hvori, når gammastråle kolliderer med kjernen til et atom, må det være et såkalt tilbakeslag. I praksis viste det seg at samvirkningen mellom gammastråler med kjernen til et atom som hører til det stive legeme, mangler virkningen. Dette kan forklares ved det faktum at ytterligere energi, som det var "smurt" av elektroniske bånd av krystallen, og skaper en fonon.

isotoper

Mossbauer-effekten og dens anvendelse er nært knyttet til det ene overraskende faktum: at fenomenet ikke virker på alle de kjemiske elementer i det periodiske system. Videre er det viktig bare for noen stoffer isotoper. Hvis leseren er plutselig glemt hva isotoper tilbakekalling. Det er kjent at et hvilket som helst gitt atom er elektrisk nøytralt. Dette betyr at i kjernen av positive protoner så mye som i elektronskallet. Imidlertid inneholder kjernen også et nøytron, partikkel uten ekstra kostnader. Hvis du vil endre antallet i kjernen, er elektrisk nøytralitet ikke brutt, men egenskapene til atomet noe endret. I tillegg hender det at den tyngre isotop er radioaktivt, og er utsatt for forråtnelse, mens vanlig stoff er ganske stabil. Ganske en liste av betongelementer og deres isotoper, som kjennetegnes ved den Mossbauer-effekten. Påvisning av ⁵⁷ Fe, for eksempel, er vanligvis klarert av dette fenomenet.

Bruken av kvanteeffekter

Råvarer erfaring, noe som bekreftes av en eller annen hypotese knyttet til den mikroskopiske verden, er det ofte ikke lett. I tillegg er det uklart hvilke fordeler kan gi samme effekt Mossbauer? Bruken av det, men er bred nok. Undersøkelse av egenskapene til krystallinske materialer, amorfe faste stoffer og finfordelte pulvere skjer, herunder via denne quantum fenomen. Slike data er nødvendige i ganske fjernt fra praksis seksjoner (teoretisk fysikk), og i svært nære mann disipliner - som medisin. Derfor bør mößbauer-effekten og bruken anses som et eksempel på teoretisk funn, som bringer en rekke fordeler, selv i hverdagen.