Mössbauer efikon: la efiko de la eltrovo kaj ĝia signifo

La artikolo raportas kion la Mössbauer efiko. Ankaŭ malkaŝitaj konceptoj kiel ekzemple kvantuma energio niveloj en atomo kaj atoma kerno, solida kaj kolektiva quasiparticle sur ĝi.

matematika amuzo

Sukceso en fiziko kiuj okazis en la unua jardeko de la dudeka jarcento, sciencistoj postulis seriozan scio en matematiko. Multaj malkovroj estis retirita, por tiel diri, sur la pinto de la skribilo: unue ili kalkulita teorie kaj poste trovita en praktiko.

Ekzemple, la ekzisto de gravitaj ondoj antaŭvidita de Einstein en 1910, povis konfirmi experimentalmente nur en 2016. La fandado de du steloj de neŭtronoj kreis tremoj spaco ke surtera fiziko kaptita kaj fiksita per malfermo de la epoko de gravitaj mezuradoj en la scienco de la homaro. Ne mirinde gravito menciis tie: nome por tia studoj estas la Mössbauer efiko valoro. Sed tio estas la escepto kaj ne la regulo. Plej ofte, teoriistoj kaj experimentadores tretas reciprokajn kalkanoj, unu studo kaŭzis la bezonon por ĝia matematika priskribo, kaj malfavoraj konkludo iĝas la supozo de nova, ankoraŭ ne ricevis dependecoj. Mössbauer efiko estis unu el tiaj fenomenoj. Tia "flanko" fenomeno estas la supozo kaj la Max Planck esprimita fine de 1900. Ĝi diris ke en la mondo de la elektronoj kaj atomaj kernoj, ĉiuj kvantoj povas nur preni diskretajn valorojn, tio estas kvantumita. Kaj, en lia opinio, ĝi estis nur matematika lertaĵo, kiu faris kalkulanta pli facila. Ĝis la fino de sia vivo li kredis, ke la kvantuma, aŭ la plej malgranda ebla parto de, ekzemple, lumo - nur taŭga maniero por priskribi, ne portante seriozan fizikan senson.

La kvantuma mondo

Tamen, aliaj fakuloj interesis en taŭgan priskribon de kio okazas sur la skalo de atomoj, konsiderata la potencialon de tia konkludo, kaj estis certa, ke ĉio estas kvantumita. La elektronoj ĉirkaŭ la nukleo povas esti nur en certaj orbitoj kernoj mem nur havas specifan energion niveloj. Saltante therebetween, kernoj generas gama-radioj. Mössbauer efiko argumentas ke la ago devus produkti ian revenon, sed ĉi tio ne okazas. Ĝenerale, ĉiuj kvantoj kiuj priskribas la konduton de la nanoworld estas submetitaj al kvantumigo - tio estas diskreta. Sed ne forgesu, ke la impeto, ke en la makrokosmo estas esprimita kiel la produkto de la indico de maso al elementaj partikloj estas io fundamente malsamaj, kio signifas, ke li, ankaŭ, estas kvantumita. Do scienco raporton en kiu la Maks Tabulo derivita lia fama formulo kiu enhavas la valoron de h, aŭ minimuma efiko, malfermis novan eraon. Ĉi tiu estis la epoko de kvantuma fiziko. Mössbauer efiko, interpreto, kiu estis poste donita al ĉi tiu fenomeno, ili igis unu el la plej gravaj limŝtonoj de la scienco de la dudeka jarcento.

La malkovro de la Mössbauer efiko

Kiel ni jam diris antaŭe, la teoriaj konkludoj iris mano en mano kun la eksperimento. Kelkaj praktikaj konkludoj montriĝis sur plantoj kolektita laŭvorte "sur la genuo" kaj el peceto materialoj. Sciencistoj povis ne nur montri la formulo, sed ankaŭ sigelu la flakono, tranĉi la tabulon labori kun metalo kaj kolektu la instaladon. Kompreneble, la estro de la laboratorioj nur resumas la rezultojn de siaj dejxoroj. Tamen, ĉiu eksperimentanto ankaŭ inĝeniero, kiel la aparatoj estas desegnitaj por specifaj celoj, kaj rekte en la esploro procezo. Mi ne estas escepto kaj la Mössbauer efiko. Malfermante tio ne okazos se obstina doctoral Rudolf Mössbauer ne ŝanĝis la metodo de mezurado de la malvarmigo unuo, anstataŭ varmigante ĝin, kiel konsilita de la kontrolisto de studoj.

solida

La teorio, kiun ni diros al la legantoj en ĉi tiu sekcio, ĝi similas certe unuavide. Tamen, kiel estas bone konata, facile ĉiam atingas nekredeblan penoj. Do nun ni povas diri en simplaj vortoj, kion la Mössbauer efikon por Dummies laŭvorte, iam laboris la tutan laboratorio.

Sub la solida estas kutime signifis substanco en kristala stato. La kernoj de atomoj en tiu kazo formas striktan perioda krado, dum la elektronoj en diversaj gradoj resumita. Kompreneble, metalaj kristaloj formis tre specifaj metala ligo tra kiu la kerno ekzistis kiel apartigi de ĝeneraligita elektronoj. La elektrono nubo vivas por lia sendependa leĝon, ne fari kazon de la konduto de la kristalo krado. La kristaloj kiuj prezentu pli tradicia jonaj kaj kovalentaj ligoj, la elektronoj pli proksime asociita kun "sia" kernoj. Sed ili estas liberaj movi inter apudaj nodoj ol en gaso aŭ likva.

Solida aro ecoj ne nur la kemiaj elementoj, kiuj estas en ili, sed ankaŭ la simetrio de la aranĝo de atomoj relative al unu la alian. En la klasika ekzemplo de karbono strukturo generas mola grafito, kaj la alia - la plej malfacila natura materialo - diamanto. Do kion tipo de rilato, kaj simetrio de la unuo ĉelo signifas multon por rigida korpo. La proprietoj de la solida kaj ĝi estas la malkaŝo de kion la Mössbauer efiko. Lia naturo estas klarigita tiel: ĉiuj atomoj en solida estas rilataj.

kolektiva quasiparticles

Nun imagu sufiĉe granda tridimensian krado. Por la modelo plej taŭga salo: Na kaj Cl estas lokitaj en la verticoj de la kuboj, unu post alia. Se iel ekpreni unu atomon kaj tiri lin al rompi la kutima loko de ekvilibro, danke al sufiĉe rigida ligo, post kiam ĝi tiris la najbaraj atomoj. Kalkuloj montras ke la ŝanĝo en la pozicio de la kerno havas almenaŭ neniun signifan efikon al la najbaroj de la tria ordo. Tio signifas, ke se la "ekpreni" natrio, sekvita tiris najbara kloron atomoj, natrio atomoj jenajn li unu plej ekstera tavolo de kloro. La efiko de ĉi tiu estas probable esti etendita en ĉiuj direktoj. Oni kutime diras ke la kvara ordo perturbo najbaroj estas bagatela. Tamen, ili ne estas nulo.

Sekve, se iel "frapi" kristalo pli forta (ekz-e, por sendi lin lasero aŭ fasko de elektronoj), la kristalo krado volo "ondoj". Tia kolektivan movadon kiam multaj najbaraj atomoj en la kristalo samtempe movi sentas, ekz-e, supren aŭ malsupren, nomita fononoj. Disponebla por priskribi kion la Mössbauer efikon por dummies, ni ne iros en detaloj kaj ĝuste diri al vi, ke la fononoj troviĝis konduti kiel elementaj partikloj. Ekzemple, ilia energio estas kvantumita, ili posedas ondolongo impeto kaj kapablas interagi kun la alia. Tiel, la fononoj nomiĝas kolektiva quasiparticles. Ilia nombro kaj kvalito de la solida korpo estas donita strukturo en kiu ili okazas. Kalkuli ĝi povas esti, sciante la grandecon, simetrio kaj specoj de atomoj de la unuo ĉelo. En la okazo de Phonon ankaŭ influas la longon kaj tipon de ligoj inter la jonoj en la kristalo krado.

bando teorio

Ekde solida resumas tutan elektronoj kaj la orbitales (kaj de ĉi tie iliaj energio) devus ankaŭ esti ĝeneraligita. Unue, ni devas memori ke la elektronoj apartenas al ĉi tiu klaso de partikloj nomitaj fermionoj. Fermi, Dirac kaj Pauli kune trovis ke en unu ŝtato povas esti en la sistemo, nur unu tia partiklo. Se ni revenos al la ekzemplo de saloj, ĉiu kristalo, kiun ni aspergu supo aŭ viando, konsistanta nekredeblan kvanton de natrio kaj klorido jonoj. Kaj ĉiu el ili havas la saman numeron de elektronoj, kiu rotacias sur identa orbitoj. Kiel tio povas esti? Solida venas el la situacion tiel: la energio de ĉiu elektrono orbitando ĉirkaŭ la kerno, iom malsamaj de ĉiu alia energio elektronoj apartenantaj al la sama orbito de alia atomo. Ĝi tiel akiris: en la kristalo ekzistas ege multe energio niveloj kiuj diferencas inter si sufiĉe malgrandaj por formi kunpremita areo. La perturboj kiuj enkonduki fononoj malgranda ĉar unu atomon rangoj ne estas tre forta. Ĉiuj kiu gravas estas la kolektiva movado kiel tuto. Sekve, la Phonon energio, tiel diri "solvita" en la areo de energio. Bazita sur ĉi tiu kaj la Mössbauer efiko.

elektromagneta skalo

La movado de ŝargitaj partikloj akompanas de elektromagneta kampo. Ĉi tiu fakto metas, ekzemple, la demando de kial oni planedo kaj satelitoj forpeli ilin, dum aliaj - ne. Elektromagnetaj ondoj povas esti subdividitaj en klasojn laŭ ilia frekvenco kaj tial energio. Ĉi tiuj du karakterizaĵoj estas interkonektitaj kaj dependas de la longitudo de ondo. Kio estas la Mössbauer efiko povas nur mallonge, kondiĉe ke la leganto komprenu kie elektromagneta skalo situas radiado gamma. Do, malfermi siaj radio-ondoj skalo. Teorie limigi ilian ondolongo - dimensioj universo. Tamen, la energio de tiaj radiado estus tiel malgranda ke ne eblas registri. Iomete pli alta frekvenco en la terahertz radiado. Tamen, ĝi estas, kaj la radio ondoj estas observitaj en tre specifaj kondiĉoj: inhibición de elektronoj en magneta kampo, flexural vibroj de polimeroj, la movado de excitones en la solida. Pli klara sekva parto de la elektromagneta spektro - la transruĝa radiado. Ĝi trapasas energio en formo de varmego. Eĉ pli alta energio de videbla lumo. Tiu parto de la spektro kiun la homa okulo vidas estas tre malgranda kompare al la tuta skalo.

Ruĝa lumo havas la plej malalta energio, purpura - la plej alta. Tiurilate, estas konata paradokso: ju pli malvarma akvo estas indikita en blua, kies energio estas pli alta ol tiu de ruĝa lumo. Sekvante ke la ultraviola parto de la elektromagneta skalo jam havas sufiĉe altan oftecon penetri en solida. Malgraŭ tio, ke homoj, kiel aliaj vivantaj estaĵoj sur nia planedo, ne perceptas transviola lumo, ĝia graveco por la bona funkciado de biologiaj organismoj estas enorma. La ĉefa fonto de transviola studo estas la suno. Supera energio kaj la kapablo penetri multaj substancoj havas Radioterapio. La fonto de tia radiado estas la desaceleración de la elektronoj en la elektromagnetaj kampoj. La elektronoj povas esti ambaŭ baro, tio estas: aparteni atomoj kaj libera. La medicina aparatoj estas aparatoj de liberaj elektronoj. Fine, la plej forta kaj la plej mallonga ondo estas radiado gamma.

Ikso-radioj kaj gama

Mössbauer efikon kaj lia apliko en fiziko kaj inĝenierio devas distingi inter gama-radioj kaj ikso-radioj. Per la nivelo de energio kaj, laŭe, la longitudo de ondo estas en tre larĝa gamo de koincido. Tio estas, ekzistas gamma kaj Rentgenradioj kun longitudo de ondo de 5 Pikometro. Malsamaj metodoj por ilia preparado. Kiel klarigita supre, la X-radiado okazas kiam la desaceleración de elektronoj. Krome, en iuj procezoj (inkluzive nukleaj) malaperas elektronon de la interna ŝelo sufiĉe peza atomo, kiel ekzemple uranio. Tamen, aliaj elektronoj emas okupi lian lokon. Tiaj transiroj, kaj fariĝi fonto de ikso-radioj. Gamaradioj estas la rezulto de la kerno transiroj de pli alta ekscitita stato. Tiu radiado havas altan penetrante kapablo kaj ioniza atomoj al kiu interagas. En tio, kiam la radio gamma kolizias kun la kerno de atomo, tie nepre estas tiel nomataj Kickback. Tamen, en praktiko ĝi rezultis ke la interago de gamaradioj kun la kerno de atomo apartenanta al la rigida korpo, la efiko mankas. Tiu estas klarigita per la fakto ke aldona energio, kiel ĝi "ŝmiritaj" de elektronikaj Retoj de kristalo, kreado de Phonon.

izotopoj

Mössbauer efikon kaj lia apliko estas tre rilata al la surpriza fakto: la fenomeno ne agas sur ĉiuj kemiaj elementoj de la perioda tabelo. Cetere, ĝi estas signifa nur por iuj substancoj izotopoj. Se la leganto estas subite forgesitaj kion izotopoj revokon. Ĝi scias ke iu ajn donita atomo estas elektre neŭtrala. Tio signifas, ke en la kerno de pozitivaj protonoj tiel kiel en la elektrona ŝelo. Tamen la kernon ankaŭ enhavas neŭtronon, partiklo sen ŝargo. Se vi ŝanĝas la numeron en la kerno, elektra neŭtraleco ne malobservis, sed la proprietojn de la atomo ŝanĝita iomete. Krome, ĝi okazas ke la pli peza izotopo estas radioaktiva kaj estas inklina al dekadenco, dum ordinara afero estas sufiĉe stabila. Sufiĉe listo de konkretaj elementoj kaj iliaj izotopoj, kiuj estas karakterizitaj de la Mössbauer efiko. Detección de ⁵⁷ Fe, ekzemple, estas ĝenerale fidinda per tiu fenomeno.

La uzo de kvantuma efikoj

Produce sperto, kiu estas konfirmita de unu aŭ la alia hipotezo rilataj al la mikroskopa mondo, ĝi ofte ne estas facile. Krome, ĝi estas neklara kio avantaĝoj povas alporti la saman efikon Mössbauer? La uzado de ĝi, tamen, estas sufiĉe larĝa. Esploro de ecoj de kristala materialoj, amorfaj solidoj kaj fajne comminuted pulvoroj okazas, inkluzive pere ĉi kvantuma fenomeno. Tiaj datumoj estas postulataj en sufiĉe malproksima de la praktiko sekcioj (teoria fiziko), kaj en tre proksima viro disciplinoj - kiel medicino. Tiel, la Mössbauer efikon kaj ĝia uzo devas esti konsiderata kiel ekzemplo de teoriaj malkovro, kio alportas multajn profitojn, eĉ en la ĉiutaga vivo.