Efecto Mössbauer: o efecto do descubrimento eo seu significado

O artigo fala sobre o que o efecto Mössbauer. conceptos, como niveis de cuanto de enerxía nun átomo e un núcleo atómico, sólido e quasiparticle colectiva nel tamén facilitados.

divertido matemáticas

Un avance na física que ocorreu na primeira década do século XX, os científicos esixían coñecemento serio en matemáticas. Moitos descubrimentos foron retiradas, por así dicir, na punta da pluma: en primeiro lugar, eles foron calculados teoricamente e, a continuación, atopar na práctica.

Por exemplo, a existencia de ondas gravitacionais preditos por Einstein en 1910, foron capaces de confirmar experimentalmente só en 2016. A fusión de dúas estrelas de neutróns creou espazo tremores que a física terrestre pego e fixa, abrindo a era dos medicións gravitacionais na ciencia da humanidade. Sen gravidade marabilla mencionados aquí: en particular para tales estudos é o valor Efecto Mössbauer. Pero esta é a excepción e non a regra. Na maioría das veces, os teóricos e experimentadores pisar saltos uns dos outros, un estudo deu orixe á necesidade da súa descrición matemática, ea conclusión adversa tórnase a hipótese de non dependencias aínda recibiron novas. Efecto Mössbauer foi un dos tales fenómenos. Tal fenómeno "lado" é o presuposto eo Max Planck expresa a finais de 1900. El dixo que, no mundo de electróns e núcleos atómicos, as cantidades só pode ter valores discretos, que é quantizada. E, na súa propia opinión, que era só un truco matemático, o que fixo o cálculo máis fácil. Ata o final da súa vida, el cría que o cuanto, ou a menor parcela posible de, por exemplo, a luz - único xeito adecuado de describir, non cargando unha sensación física grave.

O mundo cuántico

Con todo, outros estudiosos interesados en unha descrición adecuada do que está a suceder na escala de átomos, considerado o potencial dunha tal conclusión, e tiña como certo que todo é quantizada. Os electróns ao redor do núcleo pode ser só en certas órbitas núcleos si só pode ter niveis de enerxía específicos. Ignorando as mesmas, núcleos xerar raios gama. Efecto Mössbauer argumenta que a acción debe producir unha especie de volta, pero iso non acontece. En xeral, as cantidades que describen o comportamento do nanoworld están suxeitos a cuantización - que é discreto. Pero non hai que esquecer que o impulso que o macrocosmos exprésase como o produto da taxa de masa de partículas elementais é algo fundamentalmente diferente, o que significa que, ademais, é quantizada. Así que o informe ciencia en que a Maks Plank derivado súa famosa fórmula que contén o valor de hora, ou un efecto mínimo, abriu unha nova era. Esta foi a era da física cuántica. Efecto Mössbauer, interpretación, que máis tarde foi dado a este fenómeno, tornar-se un dos fitos máis importantes da ciencia do século XX.

O descubrimento do efecto Mössbauer

Como xa se mencionou anteriormente, as conclusións teóricas andaba de man co experimento. Algunhas conclusións prácticas comprobadas en plantas recollidas literalmente "sobre o xeonllo" e de materiais de chatarra. Científicos foron capaces de non só presentar a fórmula, pero tamén selar o bote, cortar a tarxeta de traballar con metal e recoller a instalación. Por suposto, o xefe dos laboratorios única resume os resultados das súas ás. Con todo, cada experimentador tamén era un enxeñeiro, como os dispositivos están deseñados para fins específicos, e directamente no proceso de investigación. I non foi excepción eo efecto Mössbauer. A apertura non ía ocorrer se un doutoramento teimosa Rudolf Mössbauer non alterou o método de medida da unidade de refrixeración, no canto de calefacción, como aconsella polo supervisor de estudos.

sólido

A teoría, que imos dicir aos lectores nesta sección, parece claro que a primeira vista. Con todo, como é ben coñecido, fácil de sempre alcanza incribles esforzos. E por iso estamos agora capaz de dicir en palabras simples o que o efecto Mössbauer for Dummies, literalmente, xa que traballou todo o laboratorio.

Baixo o sólido é xeralmente significa unha substancia nun estado cristalino. Os núcleos dos átomos, neste caso, formar unha estrutura periódica rigorosa, mentres que os electróns en diferentes graos resumidos. Claro que, os cristais de metal formada conexión metálica moi específica a través do cal o núcleo existir como para separar a partir de electróns xeneralizadas. A nube de electróns vive polo seu dereito independente, sen prestar atención ao comportamento da rede cristalina. Os cristais que presentan conexións iónicas e covalentes máis tradicionais, os electróns máis intimamente asociado con "seus" núcleos. Pero alí son libres para moverse entre nós veciños que nun gas ou líquido.

Propiedades sólido conxunto non só os elementos químicos que son en si, senón tamén a simetría do arranxo de átomos duns sobre os outros. No exemplo clásico dunha estrutura de carbono xera grafito brando, eo outro - o material natural máis duro - de diamante. Entón, que tipo de conexión, e simetría da célula unitaria significar moito para un corpo ríxido. As propiedades do sólido e que é a divulgación de que o efecto de Mössbauer. A súa natureza é explicada como segue: todos os átomos dun sólido están asociados.

quasiparticles colectivas

Imaxina unha rede tridimensional suficientemente grande. Para o modelo de sal máis axeitado: Na e cemento están localizadas nos vértices de cubos, un despois do outro. Se de algunha maneira coller un átomo e puxa-lo para romper o sitio habitual de equilibrio, grazas a unha conexión suficientemente ríxida, despois de que el tirou os átomos veciños. Os cálculos mostran que o cambio na posición do núcleo ten, polo menos, calquera impacto significativo sobre os veciños de terceira orde. Isto significa que se o "coller" sódico continuación levado veciños átomos de cloro, átomos de sodio seguíndose o unha capa máis externa de cloro. O impacto desta é susceptible de ser estendido en todas as direccións. Adóitase dicir que os veciños de perturbación de cuarta orde son desprezables. Con todo, eles non son cero.

En consecuencia, de algunha maneira "bater" de cristal máis forte (por exemplo, para enviarlle un feixe de láser ou de electróns), a estrutura de cristal pode "ondas". Tal movemento colectivo, cando moitos átomos veciños no cristal desprazarse vez sentir, por exemplo, para arriba e abaixo, chamado fonões. Dispoñible para describir o que o efecto Mössbauer para maniquíes, non imos entrar en detalles e só dicirlle que os fônons se atopou a se comportan como partículas elementais. Por exemplo, a súa enerxía é quantizada, posúen impulso lonxitude de onda e son capaces de interactuar uns cos outros. Así, os fônons chámanse quasiparticles colectivos. O teu número e calidade do corpo sólido é dada unha estrutura na que elas producen. Calcular pode ser, sabendo que o tamaño, simetría e tipos de átomos de célula unitaria. Na aparición de fonão que tamén afecta a extensión eo tipo de conexións entre os ións na rede cristalina.

teoría banda

Desde sólida resume os seus electróns, e os orbitais (e, polo tanto, a súa enerxía) tamén debe ser xeneralizada. En primeiro lugar, hai que lembrar que os electróns pertencen a esta clase de partículas chamadas férmions. Fermi, Dirac e Pauli xuntos descubriron que, nun estado poden ser no sistema, só unha de tales partículas. Se volver ao exemplo de sales, cada cristal, que Espolvoreo ou sopa de carne, que comprende unha cantidade incrible de ións de sodio e cloruro. E cada un deles ten o mesmo número de electróns, que xiran en órbitas idénticas. Como pode ser iso? Un sólido sae da situación do seguinte xeito: a enerxía de cada electrón que orbita arredor do núcleo, un pouco diferentes dos demais electróns de enerxía que pertencen á mesma órbita dun outro átomo. Así, obtense: no cristal existe niveis de enerxía moi moi que difiren entre si suficientemente pequena para formar unha zona comprimida. As perturbaes que introducen fonões pequeno, porque un átomo intervalos non son moi fortes. Todo o que importa é o movemento colectivo no seu conxunto. Por conseguinte, a enerxía de fonões, como se fose "disolto" no ámbito da enerxía. Derivada e do efecto Mössbauer.

escala electromagnética

O movemento de partículas cargadas é acompañada por un campo electromagnético. Este feito pon, por exemplo, a cuestión de por que un planeta e satélites posuín-las, mentres que outros - non. As ondas electromagnéticas poden ser subdivididos en clases de acordo coa súa frecuencia e, polo tanto, de enerxía. Estas dúas características están conectados e dependen da lonxitude de onda. Que é o efecto de Mössbauer pode só brevemente, se o lector comprenda onde escala electromagnética reside radiación gama. Entón, abra a escala de ondas. Teoricamente limitar a súa lonxitude de onda - dimensións universo. Con todo, a enerxía de tal radiación sería tan pequena que é imposible rexistrar. Lixeiramente maior frecuencia na raios t. Con todo, ela é, e as ondas de radio son observados en condicións moi específicas: inhibición de electróns nun campo magnético, vibracións mecánicas destes polímeros, o movemento de excits na sólida. Máis clara seguinte parte do espectro electromagnético - a radiación infravermella. El transfire enerxía en forma de calor. Aínda maior de enerxía da luz visible. Esta parte do espectro que o ollo humano ve é moi pequeno comparado a toda a escala.

A luz vermella ten a menor enerxía, e vermello - o máis alto. A este respecto, sábese se paradoxo: a auga máis fría indícase no azul, cuxa enerxía é maior que a de luz vermella. A continuación, a porción ultravioleta da escala xa electromagnética ten unha frecuencia suficientemente elevada para penetrar na forma dun sólido. A pesar do feito de que a xente, como outros seres vivos do noso planeta, non entender a luz ultravioleta, a súa importancia para o bo funcionamento dos organismos biolóxicos é enorme. A principal fonte de estudo ultravioleta é o sol. enerxía máis elevada e capacidade de penetrar moitas sustancias ten raio-X. A fonte de tal radiación é a desaceleración de electróns nos campos electromagnéticos. Os electróns poden ser tanto conectado, é dicir, pertencen átomos e libre. Os dispositivos médicos son dispositivos de electróns libres. Por último, o máis resistente e máis curto-ondas é a radiación gama.

raios X e gamma

efecto Mössbauer ea súa aplicación na física e enxeñaría precisa facer a distinción entre os raios gama e raios-X. Polo nivel de enerxía e, en consecuencia, a lonxitude de onda que son de forma moi ampla variedade de superposición. Isto é, hai unha variedade e raios X cunha lonxitude de onda de 5 picômetros. Diferentes métodos para a súa preparación. Como se explica anteriormente, a radiao X ocorre cando a desaceleración de electróns. Ademais, nalgúns dos procesos (incluíndo nuclear) desaparece de electróns do átomo de invólucro interior suficientemente pesado, como uranio. Con todo, outros electróns tenden a tomar o seu lugar. Tales transicións, e tornar-se unha fonte de raios X. Os raios gama son o resultado do núcleo fai a transición dun estado máis elevado animado. Esta radiación ten unha elevada capacidade de penetración e ioniza átomos aos que interactúa. En que, cando o raio gama choca co núcleo dun átomo, debe haber un así chamado contragolpe. Con todo, na práctica, descubriuse que a interacción de raios gama co núcleo dun átomo que pertence ao corpo ríxido, o impacto está ausente. Isto explícase polo feito de que a enerxía adicional, xa que foron "manchada" por bandas electrónicas do cristal, creando un Phonon.

isótopos

Efecto Mössbauer ea súa aplicación está intimamente relacionado co feito sorprendente: o fenómeno non actúa sobre todos os elementos químicos da táboa periódica. Ademais, é importante só para algunhas substancias isótopos. Se o lector é subitamente esquecido o isótopos recall. Sábese que calquera dato átomo é electricamente neutro. Isto quere dicir que, no núcleo de protóns positivos, tanto como na cuncha de electróns. Con todo, o núcleo contén tamén un neutrón, de partículas sen carga. Se altera o número no núcleo, a neutralidade eléctrica non é violada, pero as propiedades do átomo cambiou lixeiramente. Ademais, resulta que o isótopo máis pesado é radioactivo e é propenso a decadencia, aínda que a materia ordinaria é moi estable. Bastante unha lista de elementos de formigón e os seus isótopos, os cales caracterízanse polo efecto Mössbauer. Detección de ⁵⁷ Feb, por exemplo, é xeralmente de confianza por este fenómeno.

O uso de efectos cuánticos

experiencia de produción, o que é confirmado por unha ou outra hipótese relacionada co mundo microscópico, que moitas veces non é fácil. Ademais, non está claro que os beneficios que pode traer o mesmo efecto Mössbauer? O uso del, con todo, é o suficientemente. Investigación das propiedades cristalinos materiais amorfos, sólidos e post finamente triturados ocorre, incluíndo a través deste fenómeno cuántico. Estes datos son necesarios moi distante das seccións de práctica (física teórica) e no home moi próximos cursos - como a medicina. Así, o efecto Mössbauer eo seu uso debe ser considerado como un exemplo de descubrimento teórica, que trae unha serie de beneficios, mesmo na vida cotiá.