Mossbauera efekt: efekt odkrycia i jego znaczenie

W artykule mówi o tym, co efekt mössbauera. Ujawnia się takie pojęcia, jak poziomów energii kwantowej w atomu i jądra atomowego, twardych i zbiorowych kwazicząstka w nich.

zabawy matematyczne

Przełom w dziedzinie fizyki, które wystąpiły w pierwszej dekadzie XX wieku naukowcy zażądał poważną wiedzę w dziedzinie matematyki. Wiele odkrycia zostały wycofane, by tak rzec, na końcówki pióra: na początku były obliczone teoretycznie i wtedy okazało się w praktyce.

Na przykład, istnienie fal grawitacyjnych przewidywanych przez Einsteina w 1910 roku, udało się potwierdzić doświadczalnie dopiero w 2016 roku. Połączenie dwóch gwiazd neutronowych stworzył drżenie przestrzeń fizyka naziemnej złapany i stałą otwierając erę pomiarów grawitacyjnych w nauce ludzkości. Nic dziwnego, że grawitacja tu wymienić: mianowicie do takich badań jest wartością efekt mössbauera. Ale to jest raczej wyjątkiem niż regułą. Najczęściej Teoretycy i eksperymentatorzy krok na obcasach nawzajem, jedno badanie doprowadziło do konieczności jego matematycznego opisu i niekorzystne konkluzja staje się założenie nowych, jeszcze nie otrzymanych zależności. efekt mössbauera był jednym z tych zjawisk. Takie „boczny” zjawisko to założenie i Max Planck ekspresji na koniec 1900 r. Mówi się, że w świecie elektronów i jąder atomowych, wszystkie ilości mogą przyjmować jedynie wartości dyskretne, że jest kwantowane. I, w jego własnym zdaniem, to była tylko sztuczka matematyczna, która wykonana obliczania łatwiejsze. Aż do końca życia uważał, że kwantowy, czyli najmniejsza porcja, na przykład, lekki – tylko odpowiedni sposób opisać, nie niosąc poważne sens fizyczny.

Świat kwantowy

Jednak inni badacze zainteresowani odpowiedni opis tego, co dzieje się w skali atomów, uważany potencjał takiego wniosku, i wziął go za pewnik, że wszystko jest kwantowane. Elektrony wokół jądra mogą być umieszczone tylko na pewne orbity jąder same mogą tylko określone poziomy energii. Pomijanie nimi, jądra generować promieniowanie gamma. efekt mössbauera twierdzi, że skarga powinna produkować rodzaj powrotu, ale tak się nie dzieje. Na ogół, wszystkie wielkości opisujące zachowanie nanoświata podlega kwantyzacji – to jest dyskretna. Ale nie zapominaj, że pęd, że w makrokosmos jest wyrażona jako iloczyn stawki do masy cząstek elementarnych jest coś fundamentalnie różne, co oznacza, że on też jest kwantowane. Tak, że raport naukowy, w którym Maks Plank pochodzącego słynną formułę, która zawiera wartość H, lub minimalny wpływ, otworzył nową erę. To była era fizyki kwantowej. Efekt mössbauera, interpretacja, która została później uwagę na to zjawisko, stały się jednym z najważniejszych etapów nauki XX wieku.

Odkrycie efektu mössbauerowskiej

Jak już wspomniano powyżej, wnioski teoretyczne szła w parze z eksperymentu. Niektóre praktyczne wnioski okazały się na rośliny zbierane dosłownie „na kolanie” i na złom. Naukowcy byli w stanie nie tylko wyświetlać formułę, ale również uszczelnić kolbę, wyciąć deskę do pracy z metalu i zbierać instalację. Oczywiście, szef laboratoriów podsumowuje jedynie wyniki swoich oddziałach. Jednak każdy eksperymentator był także inżynierem, a urządzenia są przeznaczone do konkretnych celów, a bezpośrednio w procesie badawczym. I nie był wyjątkiem i efekt Mossbauera. Otwierając go nie odbędzie się, jeśli uparty doktorska Rudolf Mossbauer nie zmienił metodę pomiaru urządzenia chłodzącego, zamiast go ogrzewania, zgodnie z zaleceniami przez opiekuna studiów.

stały

Teoria, która powiemy czytelników w tej sekcji, wydaje się oczywiste na pierwszy rzut oka. Jednak, jak wiadomo, zawsze łatwo osiąga niesamowite wysiłki. A więc jesteśmy teraz w stanie powiedzieć w prostych słowach co efekt mössbauera dla opornych dosłownie raz pracował całe laboratorium.

Pod stałą zwykle rozumie się substancję, w stanie krystalicznym. Jądra węgla w tym przypadku tworzą ścisłe okresową siatkę, podczas gdy elektrony w różnym podsumowane. Oczywiście kryształy metali tworzą specyficzny metaliczny wiązania, poprzez które pierścień istnieć w celu oddzielenia od ogólnych elektronów. Chmura elektronowa mieszka jego niezależnego prawa, nie zwracając uwagi na zachowanie sieci krystalicznej. Kryształy, które przedstawiają bardziej tradycyjnych wiązań jonowych i kowalencyjnych, elektrony ściślej związana z „swoje” jąder. Ale nie są one swobodnie przemieszczać się pomiędzy sąsiadującymi węzłami niż w gazie lub cieczy.

Właściwości zestaw stałe nie tylko pierwiastki, które są w nich, a także symetrię rozmieszczeniem atomów w stosunku do siebie. W klasycznym przykładem struktury węgla tworzy miękki grafit, a drugi – najcięższą naturalnego materiału – diament. Więc jaki rodzaj połączenia i symetrii komórki elementarnej wiele znaczą dla ciała sztywnego. Właściwości ciała stałego i jest ujawnienie jaki wpływ mössbauerowskiej. Charakter jest wyjaśniony w następujący sposób: wszystkie atomy w postaci stałej są związane.

kwazicząstek zbiorowe

Teraz wyobraź sobie wystarczająco dużą siatkę trójwymiarową. Dla modelu najbardziej odpowiedniej soli: Na i Cl są umieszczone w wierzchołkach sześcianu, jeden po drugim. Jeśli jakoś chwycić jeden atom i pociągnąć go do przerwania zwykłego miejsca równowagi, dzięki wystarczająco sztywnego połączenia, po wyciągnął sąsiednie atomy. Obliczenia wskazują, że zmiana położenia rdzenia ma co najmniej istotnego wpływu na sąsiadów trzeciego rzędu. Oznacza to, że jeśli „chwycić” sodu, a następnie wyciągnął sąsiednie atomy chloru, atomy sodu za nim jedną zewnętrzną warstwę chloru. Wpływ ten może być przedłużony we wszystkich kierunkach. To jest zwykle powiedział, że czwarty rzędu perturbacyjne sąsiedzi są znikome. Jednak nie są one zero.

W konsekwencji, jeśli jakiś „knock” kryształ silniejsze (na przykład, aby wysłać go do wiązki laserowej lub elektronowej) kratownica kryształ „fale”. Taki zbiorowy ruch kiedy wielu sąsiednich atomów w krysztale jednocześnie przesunąć czuć, np, w górę lub w dół, zwany fononów. Dostępne opisać jaki wpływ Mossbauera dla manekinów, nie będziemy wchodzić w szczegóły i po prostu powiedzieć, że fonony stwierdzono zachowują się jak cząstki elementarne. Na przykład, ich energia jest skwantowane, posiadają długość fali rozpędu i są w stanie współdziałać ze sobą. Zatem fonony nazywane są kwazicząstek zbiorowych. Ich ilość i jakość ciała stałego podano strukturę, w których występują. Obliczenie może być Znając rozmiary, symetria i rodzajów węgla w komórce elementarnej. W razie wystąpienia fononu również wpływ na długość i typ wiązań pomiędzy jonów w sieci krystalicznej.

teoria band

Ponieważ stałe zestawiono wszystkie elektrony i orbitale (a zatem ich energii) powinny być uogólnione. Po pierwsze, musimy pamiętać, że elektrony należą do tej klasy cząsteczek zwanych fermionami. Fermiego, Diraca Pauli razem stwierdzono, że w jednym kraju mogą być w systemie, tylko jedną z takich cząstek. Jeśli powrót do przykładu soli, każdy kryształ, które posypać zupę lub mięsa, zawierający ogromną ilość jonów sodowych i chlorkowych. A każda z nich ma taką samą liczbę elektronów, które obracają się na identycznych orbitach. Jak to może być? Stały wychodzi z sytuacji, w następujący sposób: energia elektronu każdego orbitalnego wokół jądra, nieco różni się od innych elektrony należących do tej samej orbicie innego atomu. W ten sposób otrzymuje się: z kryształu istnieje bardzo wiele poziomów energii, które różnią się od siebie na tyle małe, tworząc tym sposobem skompresowaną obszaru. Te perturbacje, które wprowadzają fononów małe, ponieważ jeden atom zakresy nie są bardzo silne. Wszystko, co się liczy, to zbiorowy ruch jako całość. W związku z tym, energia fononowa niejako „rozpuszczony” w obszarze energii. Opierając się na tym i efekt mössbauera.

skala elektromagnetyczna

Przemieszczanie naładowanych cząstek towarzyszy pole elektromagnetyczne. Fakt ten stawia na przykład pytanie, dlaczego jedna planeta i satelity je posiadają, a inne – nie. Fale elektromagnetyczne mogą być podzielone na klasy w zależności od ich częstotliwości i dlatego energii. Te dwie właściwości są ze sobą połączone i zależy od długości fali. Co jest efektem Mossbauera można krótko, pod warunkiem, że czytnik rozumie gdzie skala elektromagnetyczny umieszczony jest promieniowanie gamma. Więc, otwórz skalę Airwaves. Teoretycznie ograniczyć ich długość fali – wymiary wszechświata. Jednak energia takiego promieniowania będzie tak mała, że nie jest możliwe, aby się zarejestrować. Nieco wyższa częstotliwość promieniowania terahercowego. Jednakże, to jest, fale radiowe i obserwuje się w bardzo szczególnych warunkach: Hamowanie elektronów w polu magnetycznym drgań zginania polimerów ruch ekscytonów w stałej. Bardziej jasne następnej części widma elektromagnetycznego, – promieniowanie w podczerwieni. To przenosi energię w postaci ciepła. Nawet wyższa energia światła widzialnego. Że część widma, że ludzkie oko widzi jest bardzo mała w porównaniu do całej skali.

Czerwone światło ma najniższą energię i fioletowy – najwyższy. W związku z tym, znane jest paradoksem bardziej zimnej wody podana jest w kolorze niebieskim, którego energia jest większa niż światło czerwone. Następstwie tego część promieniowania ultrafioletowego skali elektromagnetycznego ma wystarczająco wysoką częstotliwość, aby wniknąć w ciało stałe. Pomimo faktu, że ludzie, podobnie jak innych istot żyjących na naszej planecie, nie postrzegamy światło ultrafioletowe, jego znaczenie dla prawidłowego funkcjonowania organizmów biologicznych jest ogromna. Głównym źródłem nauki ultrafioletowego jest słoneczny. Wyższa energia i zdolność do penetracji wiele substancji ma rentgenowski. Źródłem takiego promieniowania jest hamowanie elektronów w polach elektromagnetycznych. Elektrony mogą być jednocześnie związane, to należy węgla i wolny. Urządzenia medyczne są urządzenia według wolnych elektronów. Wreszcie najtwardszym a najbardziej krótkofalowe jest promieniowanie gamma.

Promieni X i gamma

Efekt mössbauera i jej zastosowanie w fizyce i inżynierii musi rozróżniać promieni gamma i rentgenowskie. Od poziomu energii, a zatem długość fali są w bardzo szerokim zakresie nakładania. Oznacza to, że jest promieniowanie gamma i promieniowanie rentgenowskie o długości 5 pikometrów. Różne sposoby ich wytwarzania. Jak wyjaśniono powyżej, promieniowanie X pojawia się, gdy opóźnienie elektronów. Ponadto, w niektórych procesach (łącznie Nuclear) zanika elektronu z wewnętrznej powłoki dostatecznie atom, taki jak uranu. Jednak inne elektrony mają tendencję do jego miejsce. Takie przejścia, i stać się źródłem promieni rentgenowskich. Promienie gamma są wynikiem jądra przejścia ze stanu wyższego wzbudzenia. Promieniowanie to ma wysoką zdolność przenikliwy i jonizuje atomami, z którymi współpracuje. Przy czym gdy promieniowania gamma, zderza się z jądra atomowego, musi być tak zwane odrzutu. Jednak w praktyce okazało się, że oddziaływanie promieni gamma z jądrem atomu należącego do sztywnego korpusu, wpływ ma. Wynika to z faktu, że dodatkowa energia, niejako „rozmazany” przez zespoły elektroniczne kryształu, tworząc Phonona.

izotopy

Mossbauera efekt, a jego stosowanie jest ściśle związana z jednym zaskakujący fakt: zjawisko to nie działa na wszystkich pierwiastków układu okresowego. Co więcej, jest istotna tylko dla niektórych substancji izotopów. Jeśli czytelnik nagle zapomniał co izotopy przywołanie. Wiadomo, że każdy dany atom jest elektrycznie obojętny. Oznacza to, że w pierścieniu dodatnich protonów w takim stopniu, jak w przypadku powłoki elektronowej. Jednakże, rdzeń zawiera również neutronową cząstek bez ładunku. W przypadku zmiany numeru w jądrze, neutralność elektryczna nie jest naruszone, ale właściwości atomu zmieniła się nieznacznie. Ponadto zdarza się, że cięższy izotop promieniotwórczy jest i jest podatne na próchnicę, a zwykła materia jest dość stabilna. Dość lista elementów betonowych i ich izotopów, które charakteryzują się efekt mössbauera. Wykrywanie ⁵⁷ Fe, na przykład, jest powszechnie zaufany tego zjawiska.

Wykorzystanie efektów kwantowych

doświadczenie produkcji, co jest potwierdzone przez jedną lub drugą hipotezą związaną z mikroskopowego świata, to często nie jest łatwe. Ponadto nie jest jasne, jakie korzyści może przynieść ten sam efekt mössbauera? Korzystanie z niego jest jednak wystarczająco szeroki. Badanie właściwości krystalicznych materiałów amorficznych substancji stałych drobno rozdrobnionych proszków występuje, w tym za pomocą tego zjawiska kwantowej. Takie dane są wymagane w dość odległe od sekcjach Practice (fizyka teoretyczna), w bardzo bliskich człowieka dyscyplin – takich jak medycyna. Zatem efekt mössbauera i jego stosowanie powinno być traktowane jako przykład odkrycia teoretycznej, która przynosi wiele korzyści, nawet w życiu codziennym.