Mossbauer efekt: efekt objevu a jeho význam

Článek se mluví o tom, co v tom smyslu Mössbauerovy. Také jsou popsány pojmy, jako jsou kvantové energetické hladiny v atomu a atomového jádra, pevné látky a kolektivní kvazičásticových něm.

Matematická fun

Průlom ve fyzice, ke kterému došlo v první dekádě dvacátého století, vědci požadovali vážný znalosti v matematice. Mnoho objevy byly staženy, tak říkajíc, na hrotu pera: zpočátku byly vypočítány teoreticky a pak našel v praxi.

Například existence gravitačních vln předpovězených Einstein v roce 1910, byli schopni potvrdit experimentálně pouze v roce 2016. Sloučení dvou neutronových hvězd vytvořila třes prostor, který pozemní fyzika zachytil a pevně otevřením éru gravitačních měření ve vědě lidstva. Není divu, že gravitace je uvedeno zde: konkrétně pro takové studie je účinek hodnota Mossbauer. Ale to je spíše výjimkou než pravidlem. Nejčastěji teoretici a experimentátoři krok vzájemně na paty, jedna studie vedla k potřebě jejího matematického popisu a nepříznivý závěr stává předpoklad nových, dosud neobdrželi závislostí. Mössbauerův jev byl jeden z těchto jevů. Takové „boční“ jev je předpoklad a Max Planck vyjádřené na konci roku 1900. Uvedla, že ve světě elektronů a atomových jader, veškeré množství může dojít pouze diskrétní hodnoty, která je quantized. A ve svém názoru, že je to jen matematický trik, který dělal výpočtu jednodušší. Až do konce svého života věřil, že kvantová, nebo co nejmenší část, například lehký - jen vhodný způsob, jak popsat, nenese závažné fyzické smysl.

Kvantový svět

Nicméně, jiní učenci zajímají o přiměřený popis toho, co se děje v měřítku atomů, které se považují potenciál takovému závěru, a vzal ji za samozřejmost, že všechno je quantized. Elektrony kolem jádra může být pouze na určité orbity jádra samy o sobě mohou mít pouze určité energetické hladiny. Přeskakování mezi nimi, jádra generovat gama záření. Mössbauerův jev tvrdí, že žaloba by měla produkovat druh návratu, ale to se nestane. Obecně platí, že všechny veličiny, které popisují chování nanosvětě podléhají kvantování - to je diskrétní. Ale nezapomeňte, že impuls, který v makrokosmu je vyjádřena jako součin rychlosti hmoty do elementárních částic je něco zásadně liší, což znamená, že i on je quantized. Tak, že věda zprávu, v níž Maks Plank odvozen jeho slavný vzorec, který obsahuje hodnotu h, nebo minimálním účinkem, otevřela novou éru. Byla to éra kvantové fyziky. Mössbauerův jev, výklad, který byl později uveden na tento jev, se staly jedním z nejdůležitějších milníků vědy dvacátého století.

Objev účinku Mössbauerova

Jak jsme již bylo uvedeno výše, teoretické závěry šla ruku v ruce s experimentem. Některé praktické závěry ukázaly na rostlinách shromažďují doslova „na koleně“ a ze šrotu materiálů. Vědci byli schopni nejen zobrazovat vzorec, ale také utěsnění láhev, řezané desky pro práci s kovem a sbírat instalaci. Samozřejmě, vedoucí laboratoře shrnuje pouze výsledky svých svěřenců. Nicméně, každý experimentátor byl také inženýr, protože zařízení jsou určena pro konkrétní účely, a přímo do procesu výzkumu. Byl jsem žádnou výjimkou a účinek Mossbauer. Otevření to nebude konat, pokud tvrdohlavý doktorský Rudolf Mossbauer nezměnili způsob měření chladicí jednotku, namísto zahřátí, dle pokynů vedoucího studie.

tuhý

Teorie, které budeme říkat čtenáře v této části, se zdá být jasné na první pohled. Nicméně, jak je dobře známo, snadno se vždy dosahuje neuvěřitelné úsilí. A tak jsme nyní schopni říci, v jednoduchých slov, co Mossbauer efekt pro nechápavé doslovně, kdysi pracoval celou laboratoř.

Pod pevná látka se obvykle míní látka v krystalickém stavu. Jádra atomů v tomto případě tvoří přísné pravidelnou mříž, zatímco elektrony v různé míře shrnuty. Samozřejmě, kovové krystaly velmi specifické kovovou vazbou, jehož prostřednictvím jádro existovat, že se oddělí od zobecněných elektronů. Elektronový oblak žije svým nezávislým zákonem, ne dávat pozor na chování krystalové mřížky. Krystaly, které představují více tradiční iontové a kovalentní vazby, elektrony více úzce spojena s „jejich“ jader. Ale tam jsou volně pohybovat mezi sousedními uzly než v plynu nebo kapaliny.

Pevné nastavené vlastnosti nejen chemické prvky, které jsou v nich, ale také symetrie uspořádání atomů vůči sobě navzájem. V klasickém příkladu uhlíkové struktury vytváří měkké grafit, a druhý - nejtěžší přírodní materiál - diamant. Takže, jaký typ připojení a symetrie jednotkové buňky znamenat hodně pro tělesa. Vlastnosti pevné látky, a to je poskytování jaký vliv Mössbauerovou. Jeho povaha je vysvětlit takto: všechny atomy v pevné látce jsou spojeny.

kolektivní Kvazičástice

Teď si představte, dostatečně velké trojrozměrné mřížky. Pro model nejvhodnější soli: Na a Cl jsou umístěny ve vrcholech kostek, jeden po druhém. Pokud se nějakým způsobem uchopit jeden atom a vytáhnout jej rozbít obvyklé místo rovnováhy, díky dostatečně tuhé spojení poté, co vytáhl atomy sousední. Výpočty ukazují, že změna polohy jádra má alespoň žádný významný dopad na sousedy třetího řádu. To znamená, že v případě, že „uchopit“ sodným a poté následuje vytáhl sousední atomy chloru, atomy sodíku za ním jeden vnější vrstva chloru. Dopad toho je pravděpodobné, že bude rozšířen do všech směrů. Obvykle se říká, že ve čtvrtém pořadí poruchové sousedé jsou zanedbatelné. Nicméně, oni nejsou nulové.

V důsledku toho, pokud se nějak „knock“ krystal silnější (např., Aby mu poslat laserového nebo elektronového paprsku), krystalové mřížky se „vlny“. Takové přesunu, kdy mnoho sousední atomy v krystalu současně posun pocit, například nahoru nebo dolů, tzv fonony. K dispozici popsat, co Mossbauer efekt pro nechápavé, nepůjdeme do detailů a jen říct, že bylo zjištěno, fonony se chovat jako elementární částice. Například, jejich energie je kvantován, které mají vlnovou délku na síle a jsou schopny interagovat s sebou. To znamená, že fonony jsou nazývány kolektivní Kvazičástice. Jejich počet a kvalita pevného tělesa je uveden strukturu, ve kterém jsou použity. Vypočítat to může být s vědomím, velikost, symetrie a typy atomů jednotkové buňky. O výskytu fonona také vliv na délku a druh vazby mezi ionty v krystalové mřížce.

teorie band

Vzhledem k tomu, pevné shrnuje všechny elektrony a orbitaly (a tím i jejich energie) by také měly být zobecněny. Za prvé, musíme mít na paměti, že elektrony patří do této skupiny částic zvané fermiony. Fermiho Dirac a Pauli společně zjistili, že v jednom stavu, může být v systému, pouze jedno takové částice. Vrátíme-li se k příkladu solí, každý krystal, který jsme posypat polévku nebo masa, který obsahuje neuvěřitelné množství sodíkových a chloridových iontů. A každý z nich má stejný počet elektronů, které se otáčejí na stejných drahách. Jak je to možné? Pevná látka vychází ze situace následovně: energie každého elektronu obíhajícího kolem jádra, trochu liší od všech ostatních elektronů, které patří do stejné oběžné dráze jiného atomu. Tak se získá: v krystalu existuje velmi mnoho energetické hladiny, které se liší od sebe navzájem dostatečně malé k vytvoření stlačeného oblast. Tyto odchylky, které zavedou fonony malá, protože jeden atom rozsahy nejsou příliš silné. Vše, na čem záleží je kolektivní pohyb jako celek. Proto fononová energie, jak to bylo „rozpustí“ v oblasti energetiky. Na základě tohoto a vlivu Mössbauerovy bázi.

elektromagnetické scale

Pohyb nabitých částic je doprovázeno elektromagnetického pole. Tato skutečnost klade například na otázku, proč je jedna planeta a satelity mají, zatímco jiní - ne. Elektromagnetické vlny mohou být rozděleny do tříd podle jejich četnosti, a proto energie. Tyto dvě vlastnosti jsou vzájemně propojeny a jsou závislé na vlnové délce. Co je účinek Mössbauerův může jen krátce, za předpokladu, že čtenář pochopí, kde je elektromagnetické stupnice nachází gama záření. Takže otevřít měřítko éteru. Teoreticky omezit jejich vlnové délky - rozměry vesmíru. Nicméně energie takového záření by tak malá, že je zaregistrovat nemožné. Mírně vyšší frekvence v terahertzového záření. Nicméně, to je, a rádiové vlny jsou pozorovány ve velmi specifických podmínek: inhibice elektronů v magnetickém poli, ohybové vibrace polymerů, pohyb excitonů v pevné látky. Více jasné další část elektromagnetického spektra - infračervené záření. Přenáší energii ve formě tepla. Ještě vyšší energie viditelného světla. Že část spektra, že lidské oko vidí, je velmi malá ve srovnání s celou stupnici.

Červené světlo má nejnižší energii, a fialová - nejvyšší. V této souvislosti je známo, paradox: čím více studené vody je označen modře, jehož energie je vyšší než u červeného světla. Po že ultrafialové část elektromagnetického měřítku již má dostatečně vysokou frekvenci proniknout do pevné látky. Navzdory tomu, že lidé, stejně jako ostatní živé tvory na naší planetě, nevnímají ultrafialové světlo, jeho význam pro správné fungování biologických organismů je obrovský. Hlavním zdrojem ultrafialového studie je slunce. Vyšší energie a schopnost pronikat mnoho látek má rentgen. Zdrojem tohoto záření je zpomalení elektronů v elektromagnetických polí. Elektrony mohou být jak mez, tj. Patří atomy a zdarma. Zdravotnické prostředky jsou prostředky podle volných elektronů. A konečně, nejtěžší a nejvíce krátkovlnné je gama záření.

X-paprsky a gama

Mossbauer účinek a jeho aplikace ve fyzice a inženýrství je třeba rozlišovat mezi záření gama a X-paprsky. Úrovní energie, a tedy na vlnové délce, které jsou ve velmi širokém rozsahu překrývání. To znamená, že je gama a rentgenové záření o vlnové délce 5 pikometrů. Různé způsoby jejich přípravy. Jak bylo vysvětleno výše, X-záření dochází, když zpomalení elektronů. Kromě toho, v některých procesech (jaderná) zmizí elektron z vnitřního pláště dostatečně těžký atom, jako je například uran. Nicméně, jiné elektrony mají tendenci zaujmout jeho místo. Takové přechody, a stát se zdrojem rentgenových paprsků. Gama paprsky jsou výsledkem jádra přechody z vyššího excitovaného stavu. Toto záření má vysokou penetrační schopnost a ionizuje atomy, ke kterým interaguje. Kde když je záření gama srazí s jádrem atomu, musí být k dispozici tzv zpětného rázu. Nicméně, v praxi se ukázalo, že interakce záření gama s jádrem atomu patří do tuhého tělesa, dopad chybí. To se vysvětluje skutečností, že dodatečná energie, jak to bylo „rozmazané“ elektronickými pásem krystalu, vytvářet fonon.

izotopy

Mossbauer účinek a jeho použití je úzce souvisí s jedním překvapivé skutečnosti: fenomén nepůsobí na všech chemických prvků periodické tabulky. Kromě toho má význam pouze u některých látek izotopů. V případě, že čtenář se najednou zapomněli, co izotopů odvolání. Je známo, že nějaký daný atom je elektricky neutrální. To znamená, že v jádru pozitivních protonů, stejně jako v elektronovém obalu. Nicméně, jádro obsahuje také neutronů, částice bez poplatku. Pokud změníte číslo v jádře, elektrické neutrality není porušena, ale vlastnosti atomu mírně změnila. Kromě toho se stává, že těžší izotop je radioaktivní a je náchylný k rozkladu, zatímco běžné hmota je poměrně stabilní. Poměrně seznam konkrétních prvků a jejich izotopy, které se vyznačují účinkem Mössbauerovou. Detekce ⁵⁷ Fe, například, je obecně důvěryhodný tímto jevem.

Využití kvantových efektů

Produce zkušenost, která je potvrzena jednou nebo druhou hypotézu týkající se mikrosvěta, je to často není snadné. Kromě toho není jasné, jaké výhody může přinést stejný účinek Mössbauerovy? Použití to však je dostatečně široká. Studium vlastností krystalických materiálů, amorfních pevných látek a jemně rozmělněných prášků dochází, včetně prostřednictvím tohoto kvantové jevu. Tyto údaje jsou vyžadovány v dosti vzdálených od tréninkových sekcí (teoretická fyzika), a ve velmi blízké člověkem disciplínách - jako je medicína. To znamená, že Mössbauerův jev a jeho využití by mělo být považováno za příklad teoretické objevu, který přináší mnoho výhod, a to i v každodenním životě.