Mossbauer ефект: ефектот на откривањето и неговото значење

Разговорите на статија за тоа што ефектот Mossbauer. Исто така, откриле концепти како што се квантната нивото на енергија во атомот и атомското јадро, цврсти и колективно quasiparticle него.

математичка забава

А пробив во физиката кои се случија во првата деценија на дваесеттиот век, научниците побара сериозно познавање на математика. Многу откритија биле повлечени, така да се каже, на врвот на перото: на прво тие беа пресметани теоретски и потоа се најде во пракса.

На пример, постоењето на гравитациони бранови е предвидено од страна на Ајнштајн во 1910 година, беа во можност да се потврди експериментално само во 2016 година. Спојувањето на две неутронски ѕвезди создаде потреси простор кој домашен физика фатени и фиксни со отворање на ерата на гравитациски мерења во науката на човештвото. Не е чудо што гравитацијата споменати тука: имено, за таквите студии е вредноста на Mossbauer ефект. Но, ова е исклучок, а не правило. Најчесто, теоретичари и експериментатори чекор на потпетици едни со други, една студија довеле до потребата за своите математички опис и негативни заклучок станува претпоставката на нови, уште не добиле зависности. Mössbauer ефектот е еден од таквите појави. Таквите "страна" феномен е претпоставка и Макс Планк изрази на крајот на 1900 година. Таа рече дека во светот на електрони и атомски јадра, сите количини може да се земе само дискретни вредности, тоа е quantized. И, во своето мислење, тоа беше само математички трик, кои го направија пресметка полесно. До крајот на неговиот живот, тој верува дека квантната, или најмалиот можен дел од, на пример, светло - само соодветен начин да се опише, не носи сериозна физичка смисла.

Квантниот свет

Меѓутоа, други научници заинтересирани во соодветен опис на она што се случува на ниво на атоми, се смета за потенцијалот на таков заклучок, и го зеде здраво за готово дека сè е quantized. Електроните околу јадрото може да биде само на одредени орбити јадра сами можат да имаат само специфични нивото на енергија. Прескокнувањето на истите, јадра генерира гама зраци. Mossbauer ефект тврди дека акцијата треба да се произведуваат еден вид на враќање, но тоа не се случи. Во принцип, сите количества што се опише однесувањето на nanoworld се предмет на квантизацијата - тоа е дискретни. Но, не заборавајте дека импулсот дека во макрокосмосот се изразува како производ на стапката на маса и на елементарните честички е нешто фундаментално различни, што значи дека тој, исто така, е quantized. Така што извештајот науката во кој Макс Планк добиени неговата позната формула која содржи вредноста на час, или имаат минимално влијание, отвори нова ера. Тоа беше ерата на квантната физика. Mossbauer, толкување, која подоцна беше дадено на овој феномен, станаа еден од најважните настани на науката на дваесеттиот век.

Откривањето на ефектот Mössbauer

Како што забележавме погоре, теоретските заклучоци одеше рака под рака со експериментот. Некои практични заклучоци се покажа на растенија собрани буквално "на коленото" и надвор од старо материјали. Научниците биле во можност не само да се прикаже формула, но, исто така, ја запечати колба, се сече на одборот да се работи со метал и да се соберат на инсталацијата. Се разбира, на чело на лаборатории сумира само резултатите од нивните одделенија. Сепак, секоја експериментатор беше, исто така, инженер, како и уреди се наменети за специфични цели, и директно во процесот на истражување. Јас не беше исклучок и ефектот Mossbauer. Отворање тоа не би се случило ако тврдоглаво докторски Рудолф Mossbauer не се промени начинот на мерење на уредот за ладење, наместо греење, советувана од страна на надзорникот на студии.

солидна

Во теорија, која ќе му кажете на читателите во овој дел, се чини јасно на прв поглед. Сепак, како што е познато, лесно да се секогаш постигнува неверојатни напори. И така сега сме во можност да се каже во едноставни зборови, она што Mossbauer ефект за Dummies буквално, некогаш работеле целата лабораторија.

Под цврсти обично се подразбира супстанција во кристална состојба. Јадрата на атомите во овој случај се формира строги периодични решетки, со оглед на тоа електрони во различни степени сумирани. Се разбира, метални кристали формираат многу специфични метални врска преку која јадрото постојат како да се одвојат од генерализирана електрони. облак на електрони живее од независни закон, не обрнувајќи внимание на однесувањето на кристалната решетка. На кристали кои претставуваат повеќе традиционални јонски и ковалентни врски, електроните повеќе тесно поврзани со "нивните" јадра. Но, таму се слободни да се движат меѓу соседните јазли отколку во гас или течност.

Солидна група својства не само на хемиски елементи кои се во нив, но, исто така, симетријата на уредување на атоми во однос на друг. Во класичен пример на структурата на јаглерод генерира меки графит, и други - една од најтешките природни материјали - дијамант. Значи она што тип на поврзување, и симетрија на единицата ќелија значи многу на круто тело. Својства на цврсти и тоа е откривање на она што ефектот Mossbauer. Својата природа се објасни на следниов начин: сите атоми во цврсто се поврзани.

колективен quasiparticles

Сега замисли доволно голем три-димензионални решетки. За модел најсоодветен сол: Na и Cl се наоѓа во темињата на коцки, еден по друг. Ако некако зграби еден атом и го повлече да се пробие на вообичаено место на рамнотежа, благодарение на доволно цврста врска, по што тргна соседните атоми. Пресметките покажуваат дека промената на ставот на јадрото има барем било значително влијание врз соседите на третиот ред. Ова значи дека ако "грабне" натриум, по што следи повлече соседните атоми на хлор, натриум атоми по него еден најоддалечените слој на хлор. Влијанието на ова е веројатно да се прошири во сите правци. обично се вели дека соседите на четвртиот ред ужас се занемарливи. Сепак, тие не се нула.

Како резултат на тоа, ако на некој начин "удар" кристално посилна (на пример, да го испрати на ласер или електрони, зрак), кристално решетки ќе "бранови". Ваквите колективни движење кога многу соседни атоми во кристално истовремено префрлат чувствувам, на пример, нагоре или надолу, наречен phonons. На располагање за да се опише она што Mossbauer ефект за Dummies, ние не би навлегувал во детали и само да ви кажам дека е пронајден на phonons да се однесуваат како елементарните честички. На пример, нивната енергија е quantized, тие поседуваат импулс бранова должина и се во можност да комуницираат едни со други. Така, phonons се нарекуваат колективна quasiparticles. Нивниот број и квалитет на цврсто тело е дадена структура во која ќе се појават. Пресметајте тоа може да биде, знаејќи големина, симетрија и видови на атоми на единицата ќелија. На појавата на Фонон, исто така, влијае на должината и видот на врски меѓу јони во кристалната решетка.

теорија бенд

Од солидна сумира сите електроните и орбитали (а со тоа и својата енергија), исто така, треба да се генерализира. Прво, ние мора да се запамети дека електроните припаѓаат на оваа класа на честички наречени таканаречени фермиони. Ферми, Дирак и Паули заедно покажа дека во една држава може да биде во системот, само една таква честичка. Ако се вратиме на примерот на соли, секој кристал, кои посипете супа или месо, кое содржи неверојатна количина на натриум и хлорид јони. И секој од нив има ист број на електрони, кои ротираат на идентични орбити. Како е можно тоа? А солидна излегува од ситуацијата како што следува: енергијата на секој електрон орбитира околу јадрото, малку различен од сите други енергетски електрони кои припаѓаат на иста орбита на друг атом. Така се добива: во кристално постои исклучително многу енергија нивоа кои се разликуваат едни од други се доволно мали за да се формира компримиран област. На пертурбации кои се воведува phonons мал, бидејќи еден атом се движи не се многу силни. Сите што е важно е колективна движење како целина. Затоа, енергија, Фонон, како што се "растворени" во областа на енергетиката. Врз основа на овој и ефектот Mossbauer.

електромагнетна скала

На движење од наелектризирани честички е придружена од страна на електромагнетно поле. Овој факт го става, на пример, на прашањето зошто една планета и сателити ги поседуваат, а другите - не. Електромагнетни бранови можат да бидат поделени во класи според нивната фреквенција и затоа енергија. Овие две карактеристики се меѓусебно поврзани и зависат од брановата должина. Што е Mossbauer ефект само накратко може, под услов читателот сфаќа каде електромагнетни скала се наоѓа гама зрачење. Значи, се отвори скала на звучните бранови. Теоретски ограничи нивната бранова должина - Димензии универзумот. Сепак, енергијата на ваквите зрачење ќе биде толку мали, што не е возможно да се регистрирате. Малку повисока фреквенција во terahertz зрачење. Како и да е, и на радио бранови се забележани во многу специфични услови: инхибиција на електрони во магнетно поле, свиткување вибрации на полимери, движењето на excitons во солидна. Повеќе јасно следниот дел од електромагнетниот спектар - од инфрацрвеното зрачење. Тоа трансфери енергија во форма на топлина. Дури и повисока енергија на видливата светлина. Дека дел од спектарот што човечкото око го гледа е многу мал во споредба со целиот обем.

Црвено светло има најниска енергија и виолетова - највисока. Во врска со ова, тој е познат парадокс: колку повеќе ладна вода се означени со сина боја, чија енергија е повисока од онаа на црвено светло. По тој ултравиолетови дел од електромагнетниот скала веќе има доволно висока фреквенција за да се проникне во цврст. И покрај фактот дека луѓето, како и другите живи суштества на нашата планета, не гледаат ултравиолетова светлина, нејзиното значење за правилно функционирање на биолошки организми е огромен. Главен извор на ултравиолетово студија е сонцето. Повисока енергија и способност да навлезат многу супстанции Х-зраци. Изворот на таквите зрачење е забавување на електрони во електромагнетни полиња. На електрони може да биде и врзани, т.е. припаѓаат атоми и слободни. Медицинските помагала се уреди со слободни електрони. Конечно, најтешките и повеќето кратки бранови е гама зрачење.

X-зраци и гама

Mossbauer ефект и нејзината примена во физика и инженеринг треба да се прави разлика помеѓу гама зраците и Х-зраци. Од нивото на енергија и, според тоа, на бранова должина тие се во многу широк спектар на преклопување. Тоа е, постои гама и Х-зраци со бранова должина од 5 picometres. Различни методи за нивна подготовка. Како што е објаснето погоре, Х-зрачење се случува кога забавувањето на електрони. Покрај тоа, во некои процеси (вклучувајќи нуклеарна) исчезнува електрон од внатрешната обвивка доволно тешки атом, како што ураниум. Меѓутоа, други електроните имаат тенденција да го заземе своето место. Таквите транзиции, и да стане извор на Х-зраци. Гама зраци се резултат на јадрото транзиции од повисока возбудена состојба. Ова зрачење има способност висок продорен и јонизира атомите на кој што се поврзува. При што кога на гама зраци се судира со јадрото на атомот, мора да има т.н. повратен удар. Меѓутоа, во пракса се покажа дека интеракцијата на гама зраци со јадрото на атомот кои припаѓаат на круто тело, влијанието недостасува. Ова се објаснува со фактот дека дополнителна енергија, како што се "извалка" по електронски бендови од кристал, создавајќи Фонон.

изотопи

Mossbauer ефект и нејзината примена е тесно поврзана со еден изненадувачки факт: феномен не дејствува на сите хемиски елементи од периодниот систем. Покрај тоа, таа е значајна само за некои супстанции изотопи. Ако читателот е одеднаш заборави што изотопи потсетиме. Познато е дека која било дадена атом е електрично неутрален. Ова значи дека во јадрото на позитивните протони колку што е во електронската обвивка. Сепак, јадрото содржи и неутронот, честички без обвинение. Ако го промените бројот во јадрото, електрични неутралност не е повредено, но својства на атомот смени малку. Покрај тоа, тоа се случува дека потешки изотоп е радиоактивен и се подложни на распаѓање, додека обичните прашање е прилично стабилна. Сосема листа на бетонски елементи и нивни изотопи, кои се карактеризираат со ефектот Mossbauer. Откривање на ⁵⁷ Fe, на пример, е генерално се доверени од страна на овој феномен.

Употребата на квантните ефекти

Производство на искуство, што е потврдено од страна на еден или на друг хипотеза во врска со микроскопски светот, тоа често не е лесно. Покрај тоа, не е јасно што корист може да донесе истиот ефект Mossbauer? Употребата на тоа, сепак, е доволно широк. Испитување на својствата на кристален материјали, аморфни тела и ситно издробени прав се случува, вклучително и преку овој квантен феномен. Таквите податоци се потребни во прилично оддалечени од делови на практиката (теоретска физика), како и во многу блиску човек дисциплини - како што се медицината. Така, ефектот Mossbauer и неговата употреба треба да се смета како пример за теоретско откритие, што носи многу бенефиции, дури и во секојдневниот живот.