Mossbauer efekt: efekt objavu a jeho význam

Článok sa hovorí o tom, čo v tom zmysle Mössbauerovy. Tiež sú opísané pojmy, ako sú kvantovej energetickej hladiny v atóme a atómového jadra, pevné látky a kolektívne kvazičásticových ňom.

matematická fun

Prielom vo fyzike, ku ktorému došlo v prvej dekáde dvadsiateho storočia, vedci požadovali vážny znalosti v matematike. Mnoho objavy boli stiahnuté, tak povediac, na hrote pera: spočiatku boli vypočítané teoreticky a potom našiel v praxi.

Napríklad existencia gravitačných vĺn predpovedaných Einstein v roku 1910, boli schopní potvrdiť experimentálne iba v roku 2016. Zlúčenie dvoch neutrónových hviezd vytvorila tras priestor, ktorý pozemné fyzika zachytil a pevne otvorením éru gravitačných merania vo vede ľudstva. Niet divu, že gravitácia je uvedené tu: konkrétne pre takéto štúdie je účinok hodnota Mossbauer. Ale to je skôr výnimkou ako pravidlom. Najčastejšie teoretici a experimentátori krok vzájomne na päty, jedna štúdia viedla k potrebe jej matematického popisu a nepriaznivý záver stáva predpoklad nových, ešte nedostali závislostí. Mössbauerův jav bol jeden z týchto javov. Takéto "bočné" jav je predpoklad a Max Planck vyjadrené na konci roka 1900. Uviedla, že vo svete elektrónov a atómových jadier, všetky množstva môže dôjsť iba diskrétne hodnoty, ktorá je quantized. A vo svojom názore, že je to len matematický trik, ktorý robil výpočtu jednoduchšie. Až do konca svojho života veril, že kvantová, alebo čo najmenšia časť, napríklad ľahký - len vhodný spôsob, ako opísať, nenesie závažné fyzické zmysel.

kvantový svet

Avšak, iní učenci zaujímajú o primeraný opis toho, čo sa deje v mierke atómov, ktoré sa považujú potenciál takému záveru, a vzal ju za samozrejmosť, že všetko je quantized. Elektróny okolo jadra môže byť iba na určité orbity jadra samy o sebe môžu mať iba určité energetickej hladiny. Preskakovanie medzi nimi, jadrá generovať gama žiarenia. Mössbauerův jav tvrdí, že žaloba by mala produkovať druh návratu, ale to sa nestane. Všeobecne platí, že všetky veličiny, ktoré popisujú správanie nanosvětě podliehajú kvantování - to je diskrétne. Ale nezabudnite, že impulz, ktorý v makrokozme je vyjadrená ako súčin rýchlosti hmoty do elementárnych častíc je niečo zásadne líšia, čo znamená, že aj on je quantized. Tak, že veda správu, v ktorej Maks Plank odvodený jeho slávny vzorec, ktorý obsahuje hodnotu h, alebo minimálnym účinkom, otvorila novú éru. Bola to éra kvantovej fyziky. Mössbauerův jav, výklad, ktorý bol neskôr uvedený na tento jav, sa stali jedným z najdôležitejších míľnikov vedy dvadsiateho storočia.

Objav účinku Mössbauerova

Ako sme spomenuli vyššie, teoretické závery išla ruka v ruke s experimentom. Niektoré praktické závery ukázali na rastlinách zhromažďujú doslova "na kolene" a zo šrotu materiálov. Vedci boli schopní nielen zobrazovať vzorec, ale aj utesnenie fľaša, rezané dosky pre prácu s kovom a zbierať inštaláciu. Samozrejme, vedúci laboratória zhŕňa iba výsledky svojich zverencov. Avšak, každý experimentátor bol tiež inžinier, pretože zariadenia sú určené na špecifické účely, a priamo do procesu výskumu. Bol som žiadnou výnimkou a účinok Mossbauer. Otvorenie to nebude konať, ak tvrdohlavý doktorský Rudolf Mossbauer nezmenili spôsob merania chladiace jednotku, namiesto zahriatie, podľa pokynov vedúceho štúdie.

tuhý

Teória, ktoré budeme hovoriť čitateľa v tejto časti, sa zdá byť jasné na prvý pohľad. Avšak, ako je dobre známe, ľahko sa vždy dosahuje neuveriteľné úsilie. A tak sme teraz schopní povedať, v jednoduchých slov, čo Mossbauer efekt pre nechápavo doslovne, kedysi pracoval celú laboratórium.

Pod pevná látka sa zvyčajne mieni látka v kryštalickom stave. Jadrá atómov v tomto prípade tvorí prísne pravidelnú mreža, zatiaľ čo elektróny v rôznej miere zhrnuté. Samozrejme, kovové kryštály veľmi špecifické kovovou väzbou, prostredníctvom ktorého jadro existovať, že sa oddelí od zovšeobecnených elektrónov. Elektrónový oblak žije svojím nezávislým zákonom, nie dávať pozor na správanie kryštálovej mriežky. Kryštály, ktoré predstavujú viac tradičné iónové a kovalentné väzby, elektróny viac úzko spojená s "ich" jadier. Ale tam sú voľne pohybovať medzi susednými uzlami ako v plyne alebo kvapaliny.

Pevné nastavené vlastnosti nielen chemické prvky, ktoré sú v nich, ale aj symetria usporiadanie atómov voči sebe navzájom. V klasickom príklade uhlíkovej štruktúry vytvára mäkké grafit, a druhý - najťažší prírodný materiál - diamant. Takže, aký typ pripojenia a symetria jednotkové bunky znamenať veľa pre telesá. Vlastnosti pevnej látky, a to je poskytovanie aký vplyv Mössbauerovou. Jeho povaha je vysvetliť takto: všetky atómy v pevnej látke sú spojené.

kolektívne Kvazičástice

Teraz si predstavte, dostatočne veľké trojrozmerné mriežky. Pre model najvhodnejšie soli: Na a Cl sú umiestnené vo vrcholoch kociek, jeden po druhom. Ak sa nejakým spôsobom uchopiť jeden atóm a vytiahnuť ho rozbiť obvyklé miesto rovnováhy, vďaka dostatočne tuhé spojenie potom, čo vytiahol atómy susednej. Výpočty ukazujú, že zmena polohy jadra má aspoň žiadny významný vplyv na susedov tretieho rádu. To znamená, že v prípade, že "uchopiť" sodným a potom nasleduje vytiahol susedné atómy chlóru, atómy sodíka za ním jeden vonkajšia vrstva chlóru. Vplyv toho je pravdepodobné, že bude rozšírený do všetkých smerov. Zvyčajne sa hovorí, že vo štvrtom poradí poruchovej susedia sú zanedbateľné. Avšak, oni nie sú nulové.

V dôsledku toho, ak sa nejako "knock" kryštál silnejšie (napr., Aby mu poslať laserového alebo elektrónového lúča), kryštálovej mriežky sa "vlny". Také presunu, kedy veľa susedné atómy v kryštáli súčasne posun pocit, napríklad nahor alebo nadol, tzv fonon. K dispozícii popísať, čo Mossbauer efekt pre nechápavo, nepôjdeme do detailov a len povedať, že sa zistilo, fonon sa správať ako elementárne častice. Napríklad, ich energia je kvantovaný, ktoré majú vlnovú dĺžku na sile a sú schopné interagovať so sebou. To znamená, že fonon sú nazývané kolektívne Kvazičástice. Ich počet a kvalita pevného telesa je uvedený štruktúru, v ktorom sú použité. Vypočítať to môže byť s vedomím, veľkosť, symetria a typy atómov jednotkové bunky. O výskyte fonon tiež vplyv na dĺžku a druh väzby medzi iónmi v kryštálovej mriežke.

teória band

Vzhľadom k tomu, pevnej zhŕňa všetky elektróny a orbitály (a tým aj ich energia) by tiež mali byť zovšeobecnené. Po prvé, musíme mať na pamäti, že elektróny patrí do tejto skupiny častíc zvanej fermióny. Fermiho Dirac a Pauli spoločne zistili, že v jednom stave, môže byť v systéme, iba jedno také častice. Ak sa vrátime k príkladu soľou, každý kryštál, ktorý sme posypať polievku alebo mäsa, ktorý obsahuje neuveriteľné množstvo sodíkových a chloridových iónov. A každý z nich má rovnaký počet elektrónov, ktoré sa otáčajú na rovnakých dráhach. Ako je to možné? Pevná látka vychádza zo situácie nasledovne: energia každého elektrónu obiehajúceho okolo jadra, trochu líši od všetkých ostatných elektrónov, ktoré patria do rovnakej obežnej dráhe iného atómu. Tak sa získa: v kryštáli existuje veľmi veľa energetickej hladiny, ktoré sa líšia od seba navzájom dostatočne malé na vytvorenie stlačeného oblasť. Tieto odchýlky, ktoré zavedú fonon malá, pretože jeden atóm rozsahy nie sú príliš silné. Všetko, na čom záleží je kolektívne pohyb ako celok. Preto fononová energie, ako to bolo "rozpustí" v oblasti energetiky. Na základe tohto a vplyvu Mössbauerovy báze.

elektromagnetické scale

Pohyb nabitých častíc je sprevádzané elektromagnetického poľa. Táto skutočnosť kladie napríklad na otázku, prečo je jedna planéta a satelity majú, zatiaľ čo iní - nie. Elektromagnetické vlny môžu byť rozdelené do tried podľa ich frekvencie, a preto energie. Tieto dve vlastnosti sú vzájomne prepojené a sú závislé na vlnovej dĺžke. Čo je účinok Mössbauerův môže len krátko, za predpokladu, že čitateľ pochopí, kde je elektromagnetické stupnica nachádza gama žiarenia. Takže otvoriť mierka éteru. Teoreticky obmedziť ich vlnovej dĺžky - rozmery vesmíru. Avšak energie takéhoto žiarenia by tak malá, že je zaregistrovať nemožné. Mierne vyššie frekvencie v terahertzového žiarenia. Avšak, to je, a rádiové vlny sú pozorované vo veľmi špecifických podmienok: inhibícia elektrónov v magnetickom poli, ohybové vibrácie polymérov, pohyb excitonů v pevnej látky. Viac jasné ďalšiu časť elektromagnetického spektra - infračervené žiarenie. Prenáša energiu vo forme tepla. Ešte vyššie energie viditeľného svetla. Že časť spektra, že ľudské oko vidí, je veľmi malá v porovnaní s celou stupnici.

Červené svetlo má najnižšiu energiu, a fialová - najvyššia. V tejto súvislosti je známe, paradox: čím viac studenej vody je označený modro, ktorého energia je vyššia ako u červeného svetla. Po že ultrafialové časť elektromagnetického meradle už má dostatočne vysokú frekvenciu preniknúť do pevnej látky. Napriek tomu, že ľudia, rovnako ako ostatné živé tvory na našej planéte, nevnímajú ultrafialové svetlo, jeho význam pre správne fungovanie biologických organizmov je obrovský. Hlavným zdrojom ultrafialového štúdie je slnko. Vyššia energia a schopnosť prenikať veľa látok má röntgen. Zdrojom tohto žiarenia je spomalenie elektrónov v elektromagnetických polí. Elektróny môžu byť ako hranica, tj. Patrí atómy a zadarmo. Zdravotnícke pomôcky sú prostriedkami podľa voľných elektrónov. A konečne, najťažšie a najviac krátkovlnné je gama žiarenie.

X-lúče a gama

Mossbauer účinok a jeho aplikácie vo fyzike a inžinierstva je potrebné rozlišovať medzi žiarenia gama a X-lúče. Úrovňou energie, a teda na vlnovej dĺžke, ktoré sú vo veľmi širokom rozsahu prekrývania. To znamená, že je gama a röntgenové žiarenie s vlnovou dĺžkou 5 pikometroch. Rôzne spôsoby ich prípravy. Ako bolo vysvetlené vyššie, X-žiarenie dochádza, keď spomalenie elektrónov. Okrem toho, v niektorých procesoch (jadrová) zmizne elektrón z vnútorného plášťa dostatočne ťažký atóm, ako je napríklad urán. Avšak, iné elektróny majú tendenciu zaujať jeho miesto. Takéto prechody, a stať sa zdrojom röntgenových lúčov. Gama lúče sú výsledkom jadrá prechody z vyššieho excitovaného stavu. Toto žiarenie má vysokú penetračný schopnosť a ionizuje atómy, ku ktorým interaguje. Kde keď je žiarenie gama zrazí s jadrom atómu, musí byť k dispozícii tzv spätného rázu. Avšak, v praxi sa ukázalo, že interakcia žiarenie gama s jadrom atómu patrí do tuhého telesa, dopad chýba. To sa vysvetľuje skutočnosťou, že dodatočná energia, ako to bolo "rozmazané" elektronickými pásom kryštálu, vytvárať fonon.

izotopy

Mossbauer účinok a jeho použitie je úzko súvisí s jedným prekvapivé skutočnosti: fenomén nepôsobí na všetkých chemických prvkov periodickej tabuľky. Okrem toho má význam iba pri niektorých látok izotopov. V prípade, že čitateľ sa zrazu zabudli, čo izotopov odvolanie. Je známe, že nejaký daný atóm je elektricky neutrálny. To znamená, že v jadre pozitívnych protónov, rovnako ako v elektrónovom obale. Avšak, jadro obsahuje tiež neutrónov, častice bez poplatku. Ak zmeníte číslo v jadre, elektrickej neutrality nie je porušená, ale vlastnosti atómu mierne zmenila. Okrem toho sa stáva, že ťažšie izotop je rádioaktívny a je náchylný k rozkladu, zatiaľ čo bežné hmota je pomerne stabilný. Pomerne zoznam konkrétnych prvkov a ich izotopy, ktoré sa vyznačujú účinkom Mössbauerovou. Detekcia ⁵⁷ Fe, napríklad, je všeobecne dôveryhodný týmto javom.

Využitie kvantových efektov

Produce skúsenosť, ktorá je potvrdená jednou alebo druhou hypotézu týkajúce sa mikrosveta, je to často nie je ľahké. Okrem toho nie je jasné, aké výhody môže priniesť rovnaký účinok Mössbauerovy? Použitie to však je dostatočne široká. Štúdium vlastností kryštalických materiálov, amorfných pevných látok a jemne rozomletých práškov dochádza vrátane prostredníctvom tohto kvantovej javu. Tieto údaje sú vyžadované v dosť vzdialených od tréningových sekcií (teoretická fyzika), a vo veľmi blízkej človekom disciplínach - ako je medicína. To znamená, že Mössbauerův jav a jeho využitie by sa malo považovať za príklad teoretické objavu, ktorý prináša mnoho výhod, a to aj v každodennom živote.