Mössbauer efè: efè a nan dekouvèt la ak siyifikasyon li yo

atik Chita pale yo sou sa efè a Mössbauer. Epitou divilge konsèp tankou nivo pwopòsyon enèji nan yon atòm ak yon nwayo atomik, solid ak quasiparticle kolektif ladan l '.

matematik plezi

Yon zouti nan fizik ki te fèt nan deseni kap vini an premye nan ventyèm syèk la, syantis mande konesans grav nan matematik. Anpil dekouvèt yo te retire, se konsa pale, sou pwent an nan plim la: nan premye yo te kalkile teyorikman ak Lè sa a yo te jwenn nan pratik.

Pou egzanp, egzistans lan nan vag gravitasyonèl prevwa pa Einstein nan 1910, yo te kapab konfime èksperimantal sèlman nan 2016. te fizyon an nan de zetwal neutron kreye latranblad espas ki terrestres fizik kenbe ak fiks pa louvri epòk la nan mezi gravitasyonèl nan syans lan nan limanite. Pa gen gravite sezi mansyone la a: sètadi pou etid sa yo se Mössbauer valè a efè. Men, sa a se eksepsyon a olye ke règ la. Pi souvan, teorisyen ak èksperimantateur etap pinga'w chak lòt la sou li a, yon sèl etid te bay monte nan bezwen an pou deskripsyon matematik li yo, ak negatif konklizyon vin sipozisyon an nan nouvo, pa Dependencies ankò resevwa yo. Mössbauer efè se te youn nan fenomèn sa yo. Tankou "bò" fenomèn se sipozisyon an ak Max Planck a eksprime nan fen 1900. Li te di ke nan mond lan nan elektwon ak nwayo atomik yo, tout kantite ka sèlman pran valè disrè, se sa ki kantifye. Epi, nan opinyon li yo, li te jis yon Trick matematik, sa ki te fè kalkile pi fasil. Jouk nan fen lavi l 'li te kwè pwopòsyon an, oswa pòsyon ki pi piti a posib pou, pou egzanp, limyè - se sèlman apwopriye fason yo dekri, pa pote yon sans fizik grav.

Mond lan pwopòsyon

Sepandan, lòt entelektyèl ki enterese nan yon deskripsyon adekwa ki sa k ap pase sou echèl la nan atòm, yo konsidere potansyèl la tout moun ki tankou yon konklizyon, li pran l 'pou yo akòde ke tout bagay se kantifye. elektwon yo ozalantou nwayo a pouvwa a sèlman sou sèten òbit nwayo tèt yo ka sèlman gen nivo enèji espesifik. Sote therebetween, nwayo jenere reyon gama. Mössbauer efè diskite ke aksyon an ta dwe pwodwi yon kalite retou, men sa a pa rive. An jeneral, tout kantite yo ki ki dekri konpòtman an nan nanomond la yo se sijè a kantizasyon - ki se disrè. Men, pa bliye ke momantòm lan ki te ke nan makrokosm a se eksprime kòm pwodwi a nan pousantaj la nan mas a patikil elemantè se yon bagay fondamantalman diferan, ki vle di ke li, tou, se kantifye. Se konsa, ke rapò syans nan ki maks gwo bout bwa a ki sòti fòmil pi popilè l 'ki gen valè a nan h, oswa efè minim, louvri yon nouvo epòk. Sa a te epòk la nan fizik pwopòsyon. te Mössbauer efè, entèpretasyon, ki te pi ba nan sa a fenomèn, vin tounen youn nan jalons ki pi enpòtan nan syans nan ventyèm syèk la.

Dekouvèt la nan efè a Mössbauer

Kòm nou te note pi wo a, konklizyon yo teyorik te ale men nan men ak eksperyans lan. Gen kèk konklizyon pratik pwouve sou plant kolekte literalman "sou jenou nan" ak soti nan materyèl bouyon. Syantis yo te te kapab pa sèlman montre fòmil la, men tou, sele flakon an, koupe tablo a yo travay avèk metal ak ranmase enstalasyon an. Natirèlman, tèt la nan laboratwa yo sèlman rezime rezilta yo nan pawas yo. Sepandan, chak èksperimantateur te tou yon enjenyè, kòm aparèy yo yo fèt pou rezon espesifik, epi dirèkteman nan pwosesis la rechèch. Mwen te pa gen okenn eksepsyon ak efè a Mössbauer. Ouvèti li pa ta pran plas si yon doktora fè tèt di Rudolf Mössbauer pa chanje metòd la nan mezire inite a refwadi, olye pou yo chofaj li, menm jan konseye pa sipèvizè a nan syans.

solid

Teyori a, nou pral di lektè sa yo nan seksyon sa a, li sanble klè nan premye gade. Men tou, kòm se byen li te ye, fasil yo toujou reyalize efò enkwayab. Se konsa, nou yo kounye a se kapab di nan mo senp sa efè a Mössbauer pou nul literalman, yon fwa te travay laboratwa a tout antye.

Anba solid nan se anjeneral vle di yon sibstans ki sou nan yon eta cristalline. nwayo a nan atòm nan ka sa a fòme yon strik lasi peryodik, Lè nou konsidere ke elektwon yo nan diferan degre rezime. Natirèlman, kristal metal fòme kosyon metalik trè espesifik nan ki nwayo a egziste kòm separe soti nan jeneralize elektwon. Nwaj la elèktron ap viv dapre lalwa endepandan li yo, pa peye atansyon sou konpòtman an nan lasi a kristal. Kristal yo ki prezante plis tradisyonèl obligasyon iyonik ak kovalan, elektwon yo ki pi plis asosye ak nwayo "yo". Men, gen yo gratis pou avanse pou pi ant nœuds vwazen pase nan yon gaz oswa likid.

Solid seri pwopriyete pa sèlman eleman yo pwodui chimik ki fè yo nan yo, men tou simetri a nan aranjman an nan atòm relatif nan youn ak lòt. Nan egzanp la klasik nan yon estrikti kabòn jenere mou grafit, ak lòt la - pi di materyèl nan natirèl - dyaman. Se konsa, sa di ki kalite koneksyon, ak simetri nan selil la inite vle di yon anpil nan yon kò rijid. Pwopriyete yo nan solid la epi li se divilgasyon an nan sa ki efè a Mössbauer. se nati li eksplike jan sa a: tout nan atòm yo nan yon solid yo asosye.

quasiparticles kolektif

Koulye a, imajine yon gwo ase lasi ki genyen twa dimansyon. Pou modèl sèl la ki pi apwopriye: Na ak Cl yo sitiye nan somè yo nan kib yo, youn apre lòt. Si yon jan kanmenm gen tan pwan yon atòm ak rale l 'nan kraze plas nan abitye nan balans, gras a yon koneksyon ase rijid, apre li fin rale atòm yo vwazen. Kalkil yo fè montre ke chanjman ki fèt nan pozisyon an nan nwayo a gen omwen nenpòt ki enpak siyifikatif sou vwazen yo nan lòd la twazyèm. Sa vle di ke si "gen tan pwan an" sodyòm, swiv rale vwazen atòm klò, atòm sodyòm dèyè l 'yon kouch eksteryè nan klò. Enpak la nan sa a se chans yo dwe pwolonje nan tout direksyon. Li se anjeneral te di ke vwazen yo enkyetid katriyèm-lòd yo neglijab. Sepandan, yo menm yo pa zewo.

Kontinwe, si yon jan kanmenm "frape" kristal pi fò (egzanp, voye l 'yon lazè oswa elèktron gwo bout bwa), lasi a kristal pral "vag". Sa yo mouvman kolektif lè anpil atòm vwazen an kristal la ansanm chanjman santi, e.g., monte oswa desann, ki rele fonon. Disponib nan dekri sa efè a Mössbauer pou nul, nou pa pral antre nan detay ak jis di ou ke fonon yo te jwenn yo konpòte patikil kòm primè. Pou egzanp, enèji yo se kantifye, yo posede longèdonn momantòm epi yo kapab kominike youn ak lòt. Kidonk, fonon yo ap rele quasiparticles kolektif. Se nimewo yo ak bon jan kalite nan kò a solid bay yon estrikti nan kote yo rive. Kalkile li kapab, konnen gwosè, simetri a ak kalite atòm nan selil la inite. Sou ensidan an nan fonon tou afekte longè a ak kalite nan obligasyon ant iyon yo nan lasi a kristal.

teyori bann

Depi solid rezime tout elektwon li yo, ak orbitals yo (yo e pakonsekan enèji yo) ta dwe tou ap jeneralize. Premyèman, nou dwe sonje sa ke elektwon yo apatni a klas sa a nan patikil rele fèrmyon. Fermi, Dirac ak Pauli ansanm te jwenn ke nan yon eta pouvwa gen nan sistèm nan, se sèlman youn patikil sa yo. Si nou tounen vin jwenn egzanp lan nan sèl, chak kristal, nou voye soup oswa vyann, comprenant yon kantite lajan enkwayab nan sodyòm ak klori iyon. Epitou, chak nan yo gen menm kantite elektwon, ki Thorne sou òbit ki idantik. Ki jan yo ka ki ta dwe ye? Yon solid soti nan sitiyasyon an jan sa a: enèji an nan chak elèktron defilman alantou nwayo a, yon ti kras diferan de okenn elektwon enèji lòt sa ki nan òbit la menm nan yon lòt atòm. Se konsa, li jwenn: nan kristal la egziste nivo trè pi enèji ki diferan soti nan chak lòt ase ti yo fòme yon zòn konprese. perturbation yo ki prezante fonon ti paske yon sèl chenn atòm yo pa trè fò. Tout sa ki enpòtan se mouvman an kolektif kòm yon antye. Se poutèt sa, enèji a fonon, kòm li yo te "fonn" nan zòn nan nan enèji. Baze sou sa a ak efè a Mössbauer.

elektwomayetik echèl

se mouvman an nan patikil chaje akonpaye pa yon jaden elektwomayetik. Reyalite sa a mete, pou egzanp, kesyon an sou rezon ki fè yon sèl planèt ak satelit posede yo, pandan ke lòt moun - pa. onn elektwomayetik ka sibdivize an klas dapre frekans yo ak Se poutèt sa enèji. karakteristik sa yo de yo se konekte ak depann sou longèdonn la. Ki sa ki se efè a Mössbauer ka sèlman yon ti tan, depi ke lektè a konprann ki kote elektwomayetik echèl sitiye radyasyon gama. Se konsa, louvri moute echèl la ond. Teyorikman limite longèdonn yo - dimansyon linivè. Sepandan, enèji a nan radyasyon sa yo ta dwe konsa ti ke li enposib enskri. Yon ti kras pi wo frekans nan radyasyon an terahertz. Sepandan, li se, ak vag yo radyo yo obsève nan kondisyon trè espesifik: anpèchman nan elektwon nan yon jaden mayetik, vibrasyon flèksyon nan Polymers, mouvman an nan èksiton nan solid la. Plis klè pati pwochen nan spectre an elektwomayetik - radyasyon an enfrawouj. Li transfere enèji nan fòm nan chalè. Menm pi wo enèji nan limyè vizib. Pati sa a nan spectre an ki je imen an wè se anpil ti konpare ak echèl la tout antye.

Limyè wouj gen enèji ki pi ba, ak koulè wouj violèt - pi wo a. Nan koneksyon sa a, li se li te ye paradoks: se dlo a plis frèt endike nan ble, ki gen enèji se pi wo pase sa yo ki an limyè wouj. Apre ki pòsyon nan iltravyolèt nan echèl la elektwomayetik deja gen yon frekans ase segondè yo anba nan yon solid. Malgre lefèt ke gen moun ki, tankou bèt lòt k ap viv sou planèt nou an, pa wè iltravyolèt limyè, enpòtans li pou fonksyone a apwopriye nan òganis byolojik se menmen. Sous prensipal nan etid iltravyolèt se solèy la. Ki pi wo enèji ak kapasite nan yo anba anpil sibstans ki sou gen X-ray. Sous la nan radyasyon sa yo se frenaj nan elektwon nan jaden yo elektwomayetik. elektwon yo ka tou de mare, dir apatni atòm ak gratis. Aparèy yo medikal yo se aparèy pa elektwon gratis. Finalman, pi di a ak pi kout-onn a se radyasyon gama.

X-reyon ak gama

Mössbauer efè ak aplikasyon li yo nan fizik ak jeni bezwen nan distenge reyon gama ak X-reyon. Pa nivo a nan enèji epi, kòmsadwa, longèdonn la yo se nan yon seri trè lajè nan sipèpoze. Sa se, gen yon gama ak X-reyon ak yon longèdonn nan 5 picometres. metòd diferan pou preparasyon yo. Jan yo eksplike sa pi wo a, X-radyasyon an rive lè frenaj nan elektwon. Anplis, nan kèk pwosesis (ki gen ladan nikleyè) disparèt elèktron soti nan koki anndan an ase lou atòm, tankou iranyòm. Sepandan, lòt elektwon gen tandans pran plas li. tranzisyon sa yo, yo epi yo vin yon sous X-reyon. Gama reyon se rezilta nan nwayo a tranzisyon soti nan yon eta ki pi wo eksite. radyasyon sa a gen yon kapasite segondè penetrasyon ak ionizes atòm yo ki reyaji. Sa fè lè ray la gama eurt ak nwayo a nan yon atòm, dwe gen yon chòk retou sa yo rele. Sepandan, nan pratik nou te vin wè entèraksyon an nan reyon gama ak nwayo a nan yon atòm sa ki nan kò a rijid, enpak la ki manke. Sa a se eksplike pa lefèt ke enèji adisyonèl, kòm li te "andwi" pa Gwoup Mizik elektwonik nan kristal la, kreye yon fonon.

izotòp

se Mössbauer efè ak aplikasyon li yo pre relasyon ak youn lefèt etone: fenomèn nan pa aji sou tout eleman ki pwodui chimik nan tablo peryodik. Anplis, li se enpòtan sèlman pou kèk sibstans ki sou izotòp. Si se lektè a toudenkou bliye sa izotòp rapèl. Li konnen ke nenpòt ki atòm bay la elektrik net. Sa vle di ke nan nwayo a nan pwoton pozitif kòm anpil jan nan koki a elèktron. Sepandan, nwayo a tou gen yon netwon, patikil san yo pa chaj. Si w chanje nimewo a nan nwayo a, netralite elektrik se pa sa vyole, men pwopriyete yo nan nwayo yon atòm an chanje yon ti kras. Anplis de sa, li k ap pase ki izotòp nan pi lou se radyo-aktif ak se tendans pouri anba tè, pandan y ap gen pwoblèm òdinè se byen ki estab. Byen yon lis nan eleman konkrè ak izotòp yo, ki fè yo karakterize pa efè a Mössbauer. Deteksyon nan ⁵⁷ Fe, pou egzanp, se jeneralman fè konfyans pa sa a fenomèn.

Itilize nan efè pwopòsyon

Pwodui eksperyans, ki se konfime pa youn oswa lòt ipotèz la ki gen rapò ak mond lan mikwoskopik, li se souvan pa fasil. Anplis de sa, li se klè sa ki benefis ka pote efè a menm Mössbauer? Itilize nan li, sepandan, se gran ase. Mennen ankèt sou pwopriyete cristalline materyèl, amorphe solid ak poud tise byen vyann kraze tankou rive, ki gen ladan atravè fenomèn sa a pwopòsyon. Done sa yo egzije nan san patipri byen lwen soti nan seksyon yo ki pratik (teyorik fizik), ak nan disiplin nonm trè pre - tankou medikaman. Se konsa, yo ta dwe efè a Mössbauer ak sèvi ak li yo dwe konsidere sa kòm yon egzanp nan dekouvèt teyorik, ki pote yon anpil nan benefis, menm nan lavi chak jou.