Efecte Mössbauer: l'efecte del descobriment i el seu significat

L'article parla del que l'efecte Mössbauer. També es descriuen els conceptes com ara nivells quàntics d'energia en un àtom i un nucli atòmic, sòlid i cuasipartícula col·lectiva en la mateixa.

diversió matemàtica

Un gran avanç en la física que es va produir en la primera dècada del segle XX, els científics exigia un coneixement seriós en matemàtiques. Molts descobriments han estat retirades, per així dir-ho, a la punta de la ploma: en un primer moment s'han calculat teòricament i després trobat en la pràctica.

Per exemple, l'existència d' les ones gravitacionals predites per Einstein en 1910, van ser capaços de confirmar experimentalment només en 2016. La fusió de dues estrelles de neutrons ha creat tremolors espai que física terrestre atrapat i fixat per l'obertura de l'era dels mesuraments gravitatòries en la ciència de la humanitat. No és d'estranyar la gravetat esmentat aquí: és a dir, per a aquest tipus d'estudis és el valor de l'efecte Mössbauer. Però aquesta és l'excepció i no la regla. Molt sovint, els teòrics i experimentadors trepitgen els talons de l'altre, un estudi va donar lloc a la necessitat de la seva descripció matemàtica, i la conclusió adversa es converteix en l'assumpció de noves dependències, no s'ha rebut encara. efecte Mössbauer va ser un d'aquests fenòmens. Tal fenomen "costat" és la suposició i el Max Planck va expressar al final de 1900. Es diu que en el món dels electrons i nuclis atòmics, totes les quantitats només poden prendre valors discrets, que es quantifica. I, en la seva opinió, era només un truc matemàtic, el que va fer més fàcil de calcular. Fins al final de la seva vida es creu que la quàntica, o la part més petita possible de, per exemple, la llum - única forma adequada per descriure, no portar un sentit físic greu.

El món quàntic

No obstant això, altres investigadors interessats en una descripció adequada del que està succeint en l'escala dels àtoms, considerats el potencial d'aquesta conclusió, i donaven per fet que tot està quantificat. Els electrons al voltant del nucli poden ser només en certes òrbites dels nuclis si sol pot tenir nivells d'energia específics. Saltar-entre els mateixos, els nuclis generen raigs gamma. efecte Mössbauer al·lega que el recurs ha de produir una espècie de retorn, però això no passarà. En general, totes les quantitats que descriuen el comportament del nanomón estan subjectes a la quantificació - que és discreta. Però no cal oblidar que l'impuls que en el macrocosmos s'expressa com el producte de la velocitat de la massa de les partícules elementals és una cosa fonamentalment diferent, el que significa que ell, també, es quantifica. De manera que la ciència informe en el qual la Maks Plank deriva la seva famosa fórmula que conté el valor de h, o un efecte mínim, ha obert una nova era. Aquesta va ser l'època de la física quàntica. Mössbauer efecte, la interpretació, que va ser donada més endavant a aquest fenomen, s'han convertit en una de les fites més importants de la ciència del segle XX.

El descobriment de l'efecte Mössbauer

Com hem assenyalat anteriorment, les conclusions teòriques anaven de la mà amb l'experiment. Algunes conclusions pràctiques provades en les plantes recollides literalment "sobre el genoll" i amb materials de rebuig. Els científics han estat capaços de mostrar no només la fórmula, però també segellar el pot, tallar la taula per treballar amb metalls i reunir la instal·lació. Per descomptat, el cap dels laboratoris només es resumeixen els resultats de les seves sales. No obstant això, cada experimentador era també un enginyer, ja que els dispositius estan dissenyats per a fins específics, i directament en el procés d'investigació. Jo no era l'excepció i l'efecte Mössbauer. L'obertura no tindria lloc si un doctorat obstinada Rudolf Mossbauer no va canviar el mètode de mesurament de la unitat de refrigeració, en lloc d'escalfar-, segons el aconsellat pel supervisor d'estudis.

sòlid

La teoria, que direm als lectors en aquesta secció, sembla evident a primera vista. No obstant això, com és ben sabut, fàcil aconsegueix sempre esforços increïbles. I el que ara són capaços de dir en paraules senzilles el que l'efecte Mössbauer per als maniquís, literalment, un cop va treballar tot el laboratori.

Sota el sòlid generalment s'entén una substància en un estat cristal·lí. Els nuclis dels àtoms en aquest cas formen una estricta xarxa periòdica, mentre que els electrons en diversos graus resum. Per descomptat, els vidres metàl·lics formats enllaç metàl·lic molt específic a través del qual hi ha el nucli com es separi d'electrons generalitzades. El núvol d'electrons viu pel seu dret independent, sense prestar atenció al comportament de la xarxa cristal·lina. Els cristalls que presenten enllaços iònics i covalents més tradicionals, els electrons més estretament associats amb els "seus" nuclis. Però aquí estan lliures per moure entre els nodes veïns que en un gas o líquid.

propietats sòlid conjunt no només els elements químics que es troben en ells, sinó també la simetria de la disposició dels àtoms respecte a l'altra. En l'exemple clàssic d'una estructura de carboni genera grafit tou, i l'altre - el material natural més dur - diamant. Llavors, quin tipus de connexió, i la simetria de la cel·la unitària significar molt per a un cos rígid. Les propietats del sòlid i és la divulgació del que l'efecte de Mössbauer. La seva naturalesa s'explica així: tots els àtoms en un sòlid estan associats.

quasi-partícules col·lectius

Ara imaginar una prou gran xarxa tridimensional. Per al model de sal més adequada: Na i Cl es troben en els vèrtexs dels cubs, un darrere l'altre. Si d'alguna manera agafar un àtom i estirar-lo per trencar el lloc habitual d'equilibri, mercés a una connexió prou rígida, després que es va treure els àtoms veïns. Els càlculs mostren que el canvi en la posició del nucli té almenys un impacte significatiu en els veïns de la tercera ordre. Això vol dir que si el "agafar" de sodi, seguit va treure veïns àtoms de clor, àtoms de sodi el següent capa més externa de clor. L'impacte d'això és probable que s'estengui a totes les direccions. Se sol dir que els veïns de pertorbació de quart ordre són insignificants. No obstant això, no són zero.

En conseqüència, si d'alguna manera "knock" vidre més fort (per exemple, que li envia un feix de làser o d'electrons), la xarxa cristal·lina voluntat "ones". Tal moviment col·lectiu quan molts àtoms veïns al vidre es desplacen simultàniament sentir, per exemple, amunt o avall, anomenat fonons. Disponible per descriure el que l'efecte Mössbauer per als maniquís, no entrarem en detalls i simplement li diuen que es van trobar els fonons a comportar-se com partícules elementals. Per exemple, la seva energia està quantitzada, posseeixen impuls de longitud d'ona i són capaços d'interactuar entre si. Per tant, els fonons són anomenats quasi-partícules col·lectius. El seu nombre i qualitat de la massa sòlida es dóna una estructura en la qual es troben. Calcula que pot ser, sabent la mida, simetria i tipus d'àtoms de la cel·la unitat. En l'ocurrència de fonons també afecten la longitud i el tipus d'enllaços entre els ions en la xarxa cristal·lina.

teoria de bandes

Des sòlid resumeix tots els seus electrons, i els orbitals (i per tant la seva energia) també ha de ser generalitzada. En primer lloc, cal recordar que els electrons pertanyen a aquesta classe de partícules anomenades fermions. Fermi, Dirac i Pauli junts van trobar que en un estat pot estar en el sistema, només un de tals partícules. Si tornem a l'exemple de sals, cada cristall, que empolvorem sopa o carn, que comprèn una increïble quantitat d'ions sodi i clorur. I cada un d'ells té el mateix nombre d'electrons, que giren en òrbites idèntiques. Com pot ser això? Un sòlid surt de la situació de la següent manera: l'energia de cada electró en òrbita al voltant del nucli, una mica diferent de qualsevol altre electrons energètics que pertanyen a la mateixa òrbita d'un altre àtom. Per tant, s'obté: al vidre hi nivells d'energia extremadament molt que difereixen l'un de l'altre prou petita per formar una àrea comprimit. Les pertorbacions que introdueixen fonons petit perquè un rangs àtom no són molt forts. L'única cosa que importa és el moviment col·lectiu en el seu conjunt. Per tant, l'energia del fonó, per dir-ho "dissol" en l'àrea de l'energia. Basat en això i l'efecte Mossbauer.

escala electromagnètica

El moviment de les partícules carregades s'acompanya d'un camp electromagnètic. Aquest fet posa, per exemple, a la pregunta de per què un planeta i satèl·lits posseeixen ells, mentre que altres - no. Les ones electromagnètiques poden subdividir-se en classes d'acord amb la seva freqüència i per tant l'energia. Aquestes dues característiques estan interconnectats i depenen de la longitud d'ona. Quin és l'efecte Mössbauer pot només breument, sempre que el lector entén que l'escala es troba electromagnètica radiació gamma. Per tant, obre l'escala d'ones. Teòricament limitar la seva longitud d'ona - dimensions univers. No obstant això, l'energia d'aquesta radiació seria tan petita que és impossible registrar. Lleugerament més alta freqüència en la radiació de terahertzs. No obstant això, és, i les ones de ràdio s'observen en condicions molt específiques: la inhibició d'electrons en un camp magnètic, les vibracions de flexió de polímers, el moviment dels excitones en el sòlid. Més clara següent part de l'espectre electromagnètic - la radiació infraroja. Es transfereix energia en forma de calor. Encara més energia de la llum visible. Aquesta part de l'espectre que veu l'ull humà és molt petita en comparació amb tota l'escala.

La llum vermella té l'energia més baixa, i porpra - el més alt. Referent a això, se sap paradoxa: l'aigua més freda està indicada en blau, l'energia és més gran que la de la llum vermella. Després que la porció ultraviolada de l'escala electromagnètica ja té una freqüència prou alta per penetrar en un sòlid. Malgrat el fet que les persones, de la mateixa manera que altres éssers vius al nostre planeta, no perceben la llum ultraviolada, la seva importància per al bon funcionament dels organismes biològics és enorme. La principal font d'estudi ultraviolada és el sol. Major energia i la capacitat de penetrar moltes substàncies tenen la radiografia. La font de tal radiació és la desacceleració dels electrons en els camps electromagnètics. Els electrons poden ser tant unit, és a dir, pertanyen àtoms i lliure. Els dispositius mèdics són dispositius d'electrons lliures. Finalment, el més dur i el més curt de l'ona és la radiació gamma.

Els raigs X i gamma

efecte Mössbauer i la seva aplicació en la física i l'enginyeria necessita distingir entre els raigs gamma i raigs-X. Pel nivell d'energia i, en conseqüència, la longitud d'ona que es troben en una gamma molt àmplia de solapament. És a dir, hi ha una gamma i raigs X amb una longitud d'ona de 5 picómetros. Diferents mètodes per a la seva preparació. Com es va explicar anteriorment, la radiació de raigs X es produeix quan la desacceleració d'electrons. D'altra banda, en alguns processos (incloent nuclear) desapareix electró de la closca interior àtom prou pesat, tal com l'urani. No obstant això, altres electrons tendeixen a ocupar el seu lloc. Tals transicions, i es converteixen en una font de raigs-X. Els raigs gamma són el resultat del nucli passa d'un estat excitat superior. Aquesta radiació té una alta capacitat de penetració i ionitza àtoms als quals interactua. Al que quan el raig gamma xoca amb el nucli d'un àtom, ha d'haver un denominat retrocés. No obstant això, en la pràctica va resultar que la interacció dels raigs gamma amb el nucli d'un àtom pertanyent al cos rígid, l'impacte no es troba. Això s'explica pel fet que l'energia addicional, per dir-ho "tacat" per bandes electròniques del vidre, la creació d'un fonó.

isòtops

Mössbauer efecte i la seva aplicació està estretament relacionat amb el fet sorprenent: el fenomen no actua sobre tots els elements químics de la taula periòdica. A més, és significatiu només per a algunes substàncies isòtops. Si el lector s'oblida aviat ho isòtops de record. Se sap que qualsevol àtom donat és elèctricament neutre. Això vol dir que en el nucli de protons positius tant com a la capa d'electrons. No obstant això, el nucli també conté un neutró, partícula sense càrrega. Si canvia el número al nucli, la neutralitat elèctrica no és violada, però les propietats de l'àtom ha canviat lleugerament. A més, passa que l'isòtop més pesat és radioactiu i és propensa a la descomposició, mentre que la matèria ordinària és força estable. Molt a una llista d'elements de formigó i els seus isòtops, que es caracteritzen per l'efecte de Mössbauer. La detecció de ⁵⁷ Fe, per exemple, és generalment de confiança per a aquest fenomen.

L'ús dels efectes quàntics

experiència dels productes, la qual cosa és confirmat per una o altra hipòtesi relacionada amb el món microscòpic, sovint no és fàcil. A més, no està clar quins beneficis pot portar el mateix efecte Mössbauer? L'ús de la mateixa, però, és prou àmplia. Investigació de les propietats dels cristal·lins materials, amorfs sòlids i pols finament dividits es produeix, fins i tot a través d'aquest fenomen quàntic. Es requereix que aquestes dades en bastant distant de les seccions de pràctica (física teòrica), i en molt propers home disciplines - com ara la medicina. Per tant, l'efecte Mössbauer i el seu ús ha de ser considerat com un exemple de descobriment teòric, que aporta una gran quantitat de beneficis, fins i tot en la vida quotidiana.