Mossbaueri mõju: mõju avastamine ja selle tähtsus

Artikkel räägib, mida Mossbaueri mõju. Samuti on avaldatud mõisted nagu kvantenergia tasanditel aatom ja aatomituuma, tahked ja kollektiivse quasiparticle seal.

matemaatiline lõbus

Läbimurre füüsika, mis toimus esimesel kümnendil kahekümnenda sajandi teadlased nõudis tõsist teadmisi matemaatikas. Paljud avastused on tühistatud, nii et rääkida, otsa pliiatsi: esimesel neid arvutati teoreetiliselt ja siis leiti praktikas.

Näiteks olemasolu gravitatsioonilainete ennustatud Einstein 1910, suutsid kinnitada katseliselt vaid 2016. aastal. Ühinemine kahe neutron stars on loonud värinad ruumi, et maapealne füüsika püütud ja fikseeritud avades ajastu gravitatsiooniline mõõtmised teaduse inimkonna. Pole ime, et gravitatsiooni mainitud siin: nimelt selliste uuringute on Mossbaueri mõju väärtus. Aga see on pigem erand kui reegel. Enamasti teoreetikud ja katsetajad samm üksteise kannul, üks uuring tekitas vajadust selle matemaatilise kirjelduse ja kahjulikud järeldusele muutub eeldusel uute, seni sai sõltuvusi. Mössbaueri efekt oli üks selliseid nähtusi. Sellised "külg" nähtus on eeldus ja Max Planck väljendatakse lõpus 1900. Ta ütles, et maailma elektronide ja aatomituumade kõik kogused saab võtta diskreetseid väärtusi, mis on kvanditud. Ja tema enda arvates oli see lihtsalt matemaatiline trikk, mis on tehtud arvutamise lihtsamaks. Lõpuni oma elu ta arvas, et quantum või väikseima võimaliku osa, näiteks valguse - ainus sobiv viis kirjeldada, millel ei ole tõsine füüsilises mõttes.

Kvant maailma

Kuid teised teadlased huvitatud piisavat kirjeldust, mis toimub skaala aatomite, pidada potentsiaalset sellise järelduse, ja võttis endastmõistetavaks, et kõik on kvanditud. Elektronid ümber tuuma võib olla ainult teatud orbiidid tuumade ise saab olla ainult konkreetse energia taset. Vahele nendevahelise tuumade genereerida gammakiirtega. Mossbaueri mõju väidab, et hagi tuleb toota mingi tulu, kuid seda ei juhtu. Üldiselt kõik kogused, mis kirjeldavad käitumist nanoworld suhtes kvantimisfunktsiooni - see on diskreetne. Aga ärge unustage, et hoogu, et kõiksus väljendatakse toote määra mass elementaarosakeste on midagi fundamentaalselt erinevad, mis tähendab, et ka tema on kvanditud. Nii et teaduse aruande, milles Maks Plank tuletatud tema kuulus valem, mis sisaldab väärtust h või minimaalne mõju, avas uue ajastu. See oli ajastu kvantfüüsika. Mossbaueri mõju, tõlgendus, mis andsid hiljem selle nähtuse, on saanud üks tähtsamaid verstaposte teaduse kahekümnenda sajandi.

Avastamist Mössbaueri efekti

Nagu me oleme eespool märgitud, teoreetilise järeldused läks käsikäes katse. Mõned praktilised järeldused osutunud taimede kogutud sõna otseses mõttes "põlve" ja sealt jäägid materjalidest. Teadlased on suutnud mitte ainult näidata valemiga, vaid ka kolb sulgetakse, lõigatud juhatuse töötada metallist ja koguda paigaldus. Kindlasti juht laborites ainult tulemuste kokkuvõte oma palatites. Kuid iga katse läbiviija oli ka insener, kui seadmed on mõeldud sihtotstarbeliselt ja vahetult teadusuuringute protsess. Ma ei olnud erand ja Mossbaueri mõju. Avamine ei oleks aset, kui kangekaelne doktoriõppe Rudolf Mossbaueri ole muutunud mõõtmise meetodist jahutusmoodulist kuumutamise asemel seda, kui soovitatakse järelevalvaja uuringud.

tahke

Teooria, mida me öelda lugejad käesolevas paragrahvis on selge, esimesel pilgul. Siiski, nagu on hästi teada, lihtne alati saavutab uskumatu jõupingutusi. Ja nii oleme nüüd öelda lihtsate sõnadega, mida Mossbaueri mõju võhikutele sõna otseses mõttes, kui töötas kogu laboris.

Vastavalt tahket tavaliselt mõeldakse aine kristalsesse olekusse. Tuumades aatomit sel juhul moodustub ranged perioodilise võre arvestades elektronid erineval määral kokku. Loomulikult metallist moodustusid kristallid väga spetsiifilised metallilise sideme mille kaudu tuumas esineda eralduma üldistatud elektronid. Elektroni pilv elab oma sõltumatu õiguse, mitte pöörata tähelepanu käitumise kristallvõre. Kristallid, mis kujutavad traditsioonilisemate ioonilistest kovalentseid sidemeid, elektronid tihedamalt seotud "oma" tuumades. Aga seal nad on vabalt liikuda naabruses sõlmede kui vedelas või gaasilises.

Tahke set omadused mitte ainult keemilisi elemente, mis on neile vaid ka sümmeetria aatomite paigutuse üksteise suhtes. Klassikalises näide süsiniku struktuuri tekitab pehme grafiit ja teine - tahke looduslik materjal - teemant. Mis tüüpi ühendus ja sümmeetria ühikraku tähendab palju jäik keha. Omaduste tahke ja see on avaldatu mida Mossbaueri efekti. Olemuslikult selgitada järgmiselt: kõik aatomitega tahkes seostatakse.

kollektiivse quasiparticles

Kujutlege piisavalt suur kolmemõõtmeline võre. Selles mudelis kõige sobivam soola: Na ja Cl asuvad tippude kuubikuteks, üksteise järel. Kui kuidagi haarata üks aatom ja tõmba teda murda alaline koht tasakaalu, tänu piisavalt jäik ühendus pärast seda tõmmatakse naaberaatomi. Arvutused näitavad, et muutus positsiooni tuum on vähemalt olulist mõju naabrid kolmandat järku. See tähendab, et kui "haarata" naatriumi, millele tõmmatakse naaber klooriaatomite, naatriumi aatomit järgmiste temast ühe välimist kihti kloor. Selle mõju on tõenäoliselt pikendatakse kõikides suundades. See on tavaliselt ütles, et neljanda et häirituse naabrid on tühine. Kuid nad ei ole null.

Järelikult, kui kuidagi "knock" kristall tugevamaks (nt talle saata laser- või elektronkiirega), kristallvõre on "lained". Sellised grupiviisilise mil paljud naaberaatomi kristallis samaaegselt käiguvahetustunde näiteks üles- või allapoole, nimetatakse foononitest. Saadaval kirjeldada, mida Mossbaueri mõju mannekeenid, me ei lähe detailidesse ja lihtsalt öelda, et foononitest leiti käituda nagu elementaarosakeste. Näiteks nende energia on kvanditud, neil lainepikkusega hoogu ja suudavad üksteisega suhelda. Seega foononitest nimetatakse kollektiivse quasiparticles. Nende arvu ja kvaliteedi tahke keha antakse struktuuri, kus nad esinevad. Arvutage see võib olla, teades suurust, sümmeetria ja liiki aatomite ühikraku. Esinemise kohta Foononkaasahaaramisefekti mõjutada ka pikkuse ja tüübi sidemetest ioonid kristallvõre.

bänd teooria

Kuna tahke kokku kõik oma elektronid ja orbitaalid (ja seega oma energia) peaks ka üldistada. Esiteks, me peame meeles pidama, et elektronid kuuluvad sellesse klassi osakeste nimetatakse fermions. Fermi, Dirac ja Pauli koos leiti, et ühes olekus võib olla süsteemis, ainult ühe sellise osakese. Kui me naasta näide soolad, iga kristall, mida me raputa suppi või lihatoodete, mis sisaldab väga palju naatriumi ja kloriidi ioonid. Ja igaüks neist on sama arv elektrone, mis pöörlevad identsed tiirleb. Kuidas see võimalik on? Tahke väljub olukord järgmiselt: energia iga elektroni orbiidi ümber tuuma, veidi erinev kõigist teistest energia elektronid, mis kuuluvad samasse orbiit teise aatomiga. Seega saadakse: kristallis olemas väga palju energiat tasemed, mis erinevad üksteisest piisavalt väike, moodustades kokkusurutud ala. Häirete, mis tutvustavad foononitest väike, sest üks aatom vahemikud ei ole väga tugev. Kõik, mis loeb, on kollektiivne liikumine tervikuna. Seetõttu foononkaasahaaramisefekt energia, sest see oli "lahustunud" valdkonnas energiat. Põhinedes sellel ja Mossbaueri efekti.

elektromagnetilise skaalal

Liikumist laetud osakesed kaasneb elektromagnetvälja. See asjaolu paneb, näiteks küsimus, miks üks planeet ja satelliidid neid omada, samas kui teised - mitte. Elektromagnetlaineid võib jaotada klassidesse vastavalt nende sagedus ja seega energia. Need kaks omadust on omavahel seotud ja sõltuvad lainepikkusest. Mis on Mossbaueri mõju saab ainult korraks, et lugeja mõistab elektromagnetkiirgust skaalal asub gammakiirgust. Niisiis, avada lainetes skaalal. Teoreetiliselt piirata nende lainepikkus - mõõtmed universumis. Kuid energia sellise kiirguse oleks nii väike, et see on võimatu registreerida. Veidi suurema esinemissagedusega terahertskiirgurite kiirgust. Siiski on ning raadiolainete täheldatakse eritingimustel: pärssimine elektronid magnetväljas, painde- vibratsioone polümeerid liikumist Eksitonid tahkes. Rohkem selge järgmisel osa elektromagnetilise spektri - infrapunakiirgust. See kannab energiat soojuse kujul. Isegi suurem energia nähtava valguse. See osa spektrist, et inimese silm näeb väga väike, võrreldes kogu ulatuses.

Punane tuli on madalaim energia ja lilla - kõrgeim. Sellega seoses on teada paradoks: mida rohkem külma vett märgitud sinine, kelle energia on kõrgem kui punane tuli. Pärast seda ultraviolettkiirguse osa elektromagnetiliste mastaabis juba piisavalt kõrgel sagedusel tungima tahke. Vaatamata sellele, et inimesed, nagu ka teised elusolendid meie planeedil, ei taju ultraviolettkiirguse, selle tähtsust nõuetekohaseks toimimiseks bioloogiliste organismide on tohutu. Peamine allikas ultraviolettkiirguse uuring on päike. Kõrgem energia ja võime tungida palju aineid on X-ray. Algallikas kiirgus on aeglustus elektronid elektromagnetväljade. Elektronid võivad olla nii seostunud, st kuuluvad aatomid ja tasuta. Meditsiiniseadmete on seadmetes vabad elektronid. Lõpuks raskemates ja kõige lühilaine on gammakiirgus.

Röntgenkiirtega ja gamma

Mossbaueri mõju ja selle rakendamine füüsika ja inseneri vajab eristada gammakiirgus ja röntgenkiirgus. By energia taseme ja seega lainepikkuse nad on väga laia ulatuma. See tähendab, et on olemas gamma ja röntgen lainepikkusega 5 Pikomeeter. Erinevad meetodid nende valmistamiseks. Nagu eespool selgitatud, röntgenkiirgust tekib siis aeglustus elektronid. Lisaks on mõnedes protsessides (sh tuuma) kaob elektroni sisekest piisavalt raske aatom, näiteks uraani. Kuid teised elektronid kipuvad võtma oma koha. Sellised üleminekud, ja saada allikas röntgen. Gammakiirgust tulemus tuumas peatükist kõrgema ergastatud oleku. See kiirgus on kõrge sissetungiva võime ja ionizes aatomitega mis interakteerub. Kusjuures kui gammakiirte põrkub aatomi tuumas, seal peab olema nn tagasilööki. Kuid praktikas selgus, et interaktsioon gammakiirgust koos aatomi tuumas kuuluv jäiga keha mõju puudu. See on seletatav asjaoluga, et täiendavat energiat, sest see oli "määrdunud" elektroonilisel bändid kristall, luues Foononkaasahaaramisefekti.

isotoobid

Mossbaueri mõju ja selle rakendamine on tihedalt seotud ühe üllatav tõsiasi: nähtus ei tegutse kõik keemilised elemendid perioodilisuse tabeli. Lisaks on olulised ainult mõned ained isotoope. Kui lugeja on äkki unustanud, mida isotoobid tagasivõtmist. On teada, et iga konkreetse aatomiga on elektriliselt neutraalne. See tähendab, et positiivsetest prootonitest tuumast sama palju kui elektroni kest. Kuid tuum sisaldab ka neutroneid, osakeste tasuta. Kui muudad arv tuumas, elektriliselt neutraalse ei rikkunud, kuid omadused aatomi veidi muudetud. Lisaks juhtub, et raskemad isotoobi on radioaktiivsed ja on kalduvus laguneda, samas tavalise aine on üsna stabiilne. Üsna nimekirja betoonelementide ja nende isotoopide mida iseloomustab Mossbaueri mõju. Tuvastamine ⁵⁷ Fe, näiteks üldiselt usaldab seda nähtust.

Kasutamine kvanteffektidest

Koostada kogemus, mis kinnitab ühe või teise hüpoteesi seotud mikroskoopilised maailmas, ei ole sageli lihtne. Lisaks ei ole selge, millist kasu võib tuua sama mõju Mossbaueri? Kasutamine on siiski piisavalt lai. Omaduste uuring kristalset materjali, amorfne soliidsed ja peenestatud pulbrid esineb, sealhulgas selle kaudu quantum nähtus. Sellised andmed on vajalikud suhteliselt kaugel tava lõigud (teoreetiline füüsika) ja väga lähedal mees erialadel - näiteks meditsiinis. Seega Mossbaueri toimet ja selle kasutamist tuleks kaaluda näiteks teoreetilise avastus, mis toob palju kasu, isegi igapäevaelus.