Mossbauer vaikutus: vaikutus löytö ja sen merkitys

Artikkelissa puhutaan mitä Mossbauer vaikutusta. Kuvataan myös käsitteitä kuten kvanttienergia tasoilla atomi ja atomi ydin, kiinteä ja kollektiivinen quasiparticle siinä.

matemaattinen hauskaa

Läpimurto fysiikan joka tapahtui ensimmäisellä vuosikymmenellä kahdennenkymmenennen vuosisadan, tutkijat vaati vakavia matemaattiset. Monet löydöt ovat peruttu, niin sanotusti, on kynän kärki: ensin he laskettiin teoreettisesti ja sitten huomasin käytännössä.

Esimerkiksi olemassaolo gravitaatioaaltoja ennusti Einsteinin vuonna 1910, kykenivät varmistamaan kokeellisesti vain vuonna 2016. Sulautuminen kahden neutronitähtien on luonut vapinaa tilaa maalähetysverkoilla fysiikkaa kiinni ja kiinnitetty avaamalla aikakauden painovoiman mittaukset tieteen ihmiskunnan. Ei ihme painovoima mainitaan tässä: nimittäin tällaisissa tutkimuksissa on Mossbauer vaikutus arvoon. Mutta tämä on pikemminkin poikkeus kuin sääntö. Useimmiten, teoreetikot ja kokeiluissa astua toistensa kantapäät yhdessä tutkimuksessa aiheutti tarve sen matemaattinen kuvaus, ja haitalliset johtopäätös tulee oletukseen uusien, ei ole vielä saanut riippuvuuksia. Mössbauer vaikutus oli yksi näistä ilmiöistä. Tällaiset "puolella" ilmiö on oletus ja Max Planck ilmaisi lopussa 1900. Se sanoi, että maailmassa elektronien ja atomiytimen, kaikki määrät voi vain ottaa erillisiä arvoja, jotka on kvantisoitu. Ja omassa lausunnossa, se oli vain matemaattinen temppu, joka teki laskettaessa helpompaa. Loppuun saakka hänen elämänsä hänen mielestään kvantti tai pienin mahdollinen osa, esimerkiksi kevyt - vain sopiva tapa kuvata, liittyykö niihin vakava fyysisessä mielessä.

Kvanttimaailmassa

Kuitenkin muut tutkijat ovat kiinnostuneita riittävä kuvaus siitä, mitä tapahtuu asteikolla atomien katsotaan mahdollisuuksia tällaisen päätöksen, ja piti itsestään selvänä, että kaikki on kvantisoitu. Elektronit tuman ympärillä voi olla vain tiettyjä ratoja ytimiä itse voi olla vain tiettyjä energiatasoja. Ohita välissä, ytimet tuottaa gammasäteilyä. Mössbauerin ilmiö katsoo, että kanne tulisi tuottaa sellaista tuottoa, mutta tämä ei tapahdu. Yleensä kaikki määrät, jotka kuvaavat käyttäytymistä nanoworld kohdistuu kvantisointi - joka on diskreetti. Mutta älä unohda, että vauhtia että makrokosmoksessa ilmaistaan tuotteen määrä massan alkeishiukkasten on jotain perustavanlaatuisesti erilaista, mikä tarkoittaa, että hänkin on kvantisoitu. Jotta tiede selvitys, jossa Maks Plank peräisin hänen kuuluisa kaava, joka sisältää arvoa h, tai minimaalinen vaikutus, avasi uuden aikakauden. Tämä oli aikakausi kvanttifysiikan. Mossbauer vaikutus, tulkinta, joka sai myöhemmin tähän ilmiöön, on tullut yksi tärkeimmistä virstanpylväistä tieteen kahdennenkymmenennen vuosisadan.

Löytö mössbauerin ilmiö

Kuten olemme edellä todettiin, teoreettinen johtopäätöksiä kulki käsi kädessä kokeiluun. Joitakin käytännön johtopäätöksiä osoittautunut kasveihin kerätään kirjaimellisesti "polvi" ja ulos romun. Tutkijat ovat voineet paitsi näyttää kaavan, mutta myös suljetaan pullo, leikata hallituksen työskennellä metalli ja kerätä asennus. Tietenkin johtaja laboratorioiden vain yhteenveto tuloksista osastoilla. Kuitenkin, kukin kokeen oli myös insinööri, koska laitteet on suunniteltu tiettyihin tarkoituksiin, ja suoraan vaiheessa tutkimusta. En ollut poikkeus ja Mossbauer vaikutus. Avaamatta sitä ei tapahdu, jos sitkeä jatko Rudolf Mossbauer ole muuttunut mittausmenetelmää jäähdytysyksikön, sen sijaan, että se kuumennetaan tämän pyynnön valvojan tutkimuksia.

vankka

Teoria, joka kerromme lukijat tässä osassa, näyttää selvältä ensi silmäyksellä. Kuitenkin, kuten hyvin tiedetään, on helppo saavuttaa aina uskomattoman ponnisteluja. Ja niin voimme nyt kertoa yksinkertaisia sanoja mitä mössbauerin ilmiö tutteja kirjaimellisesti, joskus työskennelleet koko laboratoriossa.

Alle kiinteä aine yleensä tarkoitetaan ainetta kiteisessä tilassa. Ytimet atomien tässä tapauksessa muodostaa tiukka määräajoin ristikko, kun taas elektroneja vaihtelevasti tiivistää. Tietenkin, metalli kiteitä muodostui hyvin erityinen metallinen sidos, jonka kautta ytimen olemassa erottaa yleisen elektroneja. Elektronin pilvi elää sen itsenäistä oikeutta, ei kiinnitä huomiota käyttäytymistä kidehilan. Kiteet, jotka esittää perinteistä ionista ja kovalenttisten sidosten, elektronit tiiviimmin "niiden" ydinten. Mutta ne ovat siellä vapaasti liikkua naapurisolmuille kuin kaasua tai nestettä.

Kiinteä joukko ominaisuuksia ei vain alkuaineet, jotka ovat niitä, mutta myös symmetriaa atomien ryhmitystä suhteessa toisiinsa. Klassinen esimerkki hiilen rakenne tuottaa pehmeä grafiitti, ja muut - vaikeinta luonnollinen materiaali - timantti. Joten minkälainen yhteys ja symmetria alkeiskopin merkitsevät paljon jäykän kappaleen. Ominaisuudet kiinteä ja se on paljastaminen mitä Mossbauer vaikutus. Sen luonne on selittää seuraavasti: kaikki atomit kiinteässä liittyvät.

kollektiivinen quasiparticles

Nyt kuvitella riittävän iso kolmiulotteinen hila. Mallin sopivin suola: Na ja Cl sijaitsevat pisteiden kuutioiden, yksi toisensa jälkeen. Jos jotenkin napata yksi atomi ja vetää hänet rikkomaan tavanomainen paikka tasapainon ansiosta riittävän jäykkä liitos, kun se vedetään viereisten atomien. Laskelmat osoittavat, että muutos asemassa ytimellä on vähintään merkittävää vaikutusta naapurit kolmannen asteen. Tämä tarkoittaa, että jos "tartu" natrium, seurasi vedetään viereisen klooriatomia, natrium-atomia perässään yksi uloin kerros klooria. Tämän vaikutus on todennäköisesti laajennetaan kaikkiin suuntiin. Se on yleensä sanottu, että neljännen asteen perturbation naapurit ovat merkityksettömiä. Ne eivät kuitenkaan ole nolla.

Näin ollen, jos jotenkin "knock" kide vahvempi (esim., Lähettää hänelle laser- tai elektronisuihku), kidehilassa tulee "aaltoja". Kuten kollektiivisen liikkeen, kun monet viereisten atomien kide samanaikaisesti siirtää tuntea, esimerkiksi ylös tai alas, kutsutaan fononien. Käytettävissä kuvaamaan mitä Mossbauer vaikutus tutteja, emme aio mennä yksityiskohtiin ja vain kertoa teille, että hilavärähtelyt todettiin käyttäytyvän alkeishiukkasten. Esimerkiksi niiden energia on kvantisoitu, niillä aallonpituus vauhtia ja voivat olla vuorovaikutuksessa toistensa kanssa. Siten hilavärähtelyt kutsutaan kollektiivinen quasiparticles. Niiden määrä ja laatu kiinteän kappaleen annetaan rakenne, jossa ne esiintyvät. Laskea se voi olla, tietäen koko, symmetria ja eri atomien alkeiskopin. Esiintymisestä fononi vaikuttavat myös pituus ja tyyppi välisten sidosten ionien kidehilassa.

bändi teoria

Koska kiinteä yhteenveto kaikista sen elektronit, ja orbitaalit (ja siten niiden energia) on myös yleistynyt. Ensinnäkin on muistettava, että elektronit kuuluvat tähän luokkaan hiukkasia kutsutaan fermioneja. Fermi, Dirac ja Pauli yhdessä havaittu, että yhdessä tilassa voi olla järjestelmässä, vain yksi tällainen hiukkanen. Jos palaamme esimerkiksi suolat, kukin kide, jota ripottele keittoa tai lihaa, joka käsittää uskomattoman määrän natrium- ja kloridi-ioneja. Ja jokainen niistä on sama määrä elektroneja, jotka pyörivät samojen ratoja. Miten tämä on mahdollista? Kiinteä tulee ulos tilanne seuraavasti: energia kunkin elektronin kiertävät ytimen, joka on hieman erilainen kuin mitä tahansa muuta elektroneja, jotka kuuluvat samaan kiertoradan toisella atomilla. Näin se saadaan: kiteessä on olemassa erittäin paljon energiaa tasoilla, jotka eroavat toisistaan riittävän pieni muodostamaan kompressoidun alueella. Häiriöihin, jotka ottavat hilavärähtelyt pieni, koska yksi atomi alueet eivät ole kovin vahva. Tärkeää on kollektiivinen liike kokonaisuutena. Näin ollen, phonon energiaa, koska se oli "liuennut" alalla energiaa. Tämän perusteella ja Mossbauer vaikutus.

sähkömagneettinen asteikko

Liikkeen varattujen hiukkasten mukana on sähkömagneettisen kentän. Tämä seikka asettaa esimerkiksi kysymys siitä, miksi yksi planeetta ja satelliittien hallussaan niitä, kun taas toiset - Ei. Sähkömagneettiset aallot voidaan jakaa luokkaan niiden taajuuden ja siten energiaa. Nämä kaksi ominaisuutta ovat yhteydessä toisiinsa ja riippuvat aallonpituudesta. Mikä on Mossbauer vaikutus voi vain lyhyesti, sillä edellytyksellä, että lukija ymmärtää, jossa sähkömagneettinen asteikko sijaitsee gammasäteilyä. Joten, avaa radioaalloilla mittakaavassa. Teoriassa rajoittaa niiden aallonpituus - mitat maailmankaikkeus. Kuitenkin, energia tällainen säteily olisi niin pieni, että on mahdotonta rekisteröidä. Hieman korkeampi taajuus alimillimetrisäteily. Kuitenkin, se on, ja radioaallot havaitaan hyvin erityisissä olosuhteissa: esto elektronien magneettikentässä, taivutus- värähtelyt polymeerien, liikkeen eksitonien kiinteässä. Selvemmäksi seuraavassa osassa sähkömagneettisen spektrin - infrapunasäteilyä. Se siirtää energiaa lämmön muodossa. Jopa energian näkyvän valon. Että osa spektrin, että ihmisen silmä näkee on hyvin pieni verrattuna koko asteikon.

Punainen valo on alhaisin energia- ja violetti - korkein. Tässä yhteydessä on tunnettua, paradoksi: mitä enemmän kylmä vesi on merkitty sinisellä, jonka energia on korkeampi kuin punainen valo. Seuraavat että UV-osan sähkömagneettisen asteikko on jo riittävän korkea taajuus tunkeutumaan kiinteään. Huolimatta siitä, että ihmiset, kuten muutkin elävät olennot planeetallamme, eivät pidä ultraviolettivaloa, sen merkitystä moitteettoman toiminnan biologisten organismien on valtava. Pääasiallisena ultravioletti tutkimus on aurinko. Energian ja kyky tunkeutua monia aineita on röntgen. Lähde tällainen säteily on hidastuvuus elektronien sähkömagneettiset kentät. Elektronit voivat olla sekä sitoutuneena, ts kuuluvat atomia ja vapaa. Lääkinnällisiä laitteita ovat laitteita vapaita elektroneja. Lopuksi, vaikein ja kaikkein lyhytaaltoista on gammasäteilyä.

Röntgenkuvat ja gamma

Mossbauer vaikutus ja sen soveltaminen fysiikan ja tekniikan tarvitsee erottaa gammasäteitä ja röntgensäteilyä. Jonka energian määrä ja siten aallonpituus ne ovat hyvin erilaisia päällekkäisiä. Että on, on gamma ja X-säteet, joiden aallonpituus on 5 picometres. Erilaisia menetelmiä niiden valmistamiseksi. Kuten edellä on selitetty, X-säteily tapahtuu, kun hidastuminen elektroneja. Lisäksi, joissakin prosesseissa (mukaan lukien ydin-) katoaa elektronin sisemmän kuoren riittävän raskas atomi, kuten uraani. Kuitenkin muut elektronit tapana ottaa hänen paikkansa. Tällaisia siirtymiä, ja tulee lähde röntgenkuvat. Gammasäteet ovat seurausta ydin siirtyy korkeammasta innostunut valtion. Tämä säteily on korkea läpitunkeutuvuutta ja ionisoi atomit, joihin vuorovaikutuksessa. Jossa, kun gamma-säde törmää atomin ytimessä, on oltava niin sanottu takaiskun. Käytännössä kävi ilmi, että vuorovaikutus gammasäteilyn kanssa atomin ytimessä kuuluvan jäykän rungon, vaikutus puuttuu. Tämä on selitettävissä sillä, että ylimääräistä energiaa, koska se oli "sotkee" sähköisessä bändejä kiteen, luo fononi.

isotoopit

Mössbauerin ilmiö ja sen soveltaminen on läheistä sukua yksi yllättävä seikka: ilmiötä ei noudata kaikkia alkuaineita jaksollisen. Lisäksi on merkitystä vain joidenkin aineiden isotooppien. Jos lukija on yhtäkkiä unohtaneet, mitä isotoopit muistuttaa. On tunnettua, että mikä tahansa atomi on sähköisesti neutraali. Tämä tarkoittaa, että ytimen positiivinen protonien yhtä paljon kuin elektronin kuori. Kuitenkin, ydin sisältää myös neutroneja, hiukkanen maksutta. Jos muuttaa tumassa, elektroneutraalisuuden ei rikota, mutta ominaisuudet atomin hieman muuttunut. Lisäksi käy niin, että raskaampi isotooppi on radioaktiivinen ja on altis rappeutuminen, kun taas tavalliset asia on melko stabiili. Aivan listan betonielementtejä ja niiden isotoopit, joille on tunnusomaista Mossbauer vaikutus. Havaitseminen ⁵⁷ Fe, esimerkiksi, on yleensä luottaa tämän ilmiön.

Käyttö kvantti-ilmiöiden

Tuota kokemusta, mikä on vahvistettu yksi tai toinen hypoteesi liittyvät mikroskooppisen maailman, se ei useinkaan ole helppoa. Lisäksi on epäselvää, mitä hyötyjä voidaan tuoda sama vaikutus Mossbauer? Käyttö on kuitenkin riittävän leveä. Tutkimus ominaisuuksien kiteisen materiaalien, amorfista kiintoainetta ja hienoksi jauhetut jauheet tapahtuu, mukaan lukien tätä kautta kvantti ilmiö. Tällaisia tietoja tarvitaan melko etäällä käytännön osat (teoreettinen fysiikka), ja hyvin lähellä ihmisen tieteenaloja - kuten lääketieteessä. Siten Mossbauer vaikutusta ja sen käyttöä olisi pidettävä esimerkkinä teoreettinen löytö, joka tuo paljon etuja, vaikka arkielämässä.