Mössbauerjeva učinek: učinek odkritja in njen pomen

Članek govori o tem, kaj vpliva Mössbauerjeva. Prikazane so tudi pojmi kot so kvantne ravni energije v atoma in atomskega jedra, trdna in kolektivno kvazidelec njimi.

Matematična zabava

Preboj v fiziki, ki je nastal v prvem desetletju dvajsetega stoletja, znanstveniki zahtevali resno znanja iz matematike. Mnoga odkritja so bila umaknjena, tako rekoč, na konici peresa: v prvi so bili izračunani teoretično in nato najdemo v praksi.

Na primer, obstoj gravitacijskih valov , ki jih Einstein napovedanih leta 1910, so lahko eksperimentalno potrditi, samo v letu 2016. Združitev dveh nevtronskih zvezd je ustvaril tresenje prostor, ki zemeljska fizika ujetih in določen z odprtjem obdobje gravitacijskih meritve v znanosti človeštva. Ni čudno, da teža omeniti: in sicer za tovrstne študije je učinek vrednost Mössbauerjeva. Ampak to je prej izjema kot pravilo. Najpogosteje, teoretiki in preizkuševalci korak na petah drug drugega, ena študija je bil povod, da je treba za njeno matematični opis, in nasprotni sklep postane prevzemanje novih, še ne prejete odvisnosti. Mössbauerjeva učinek je bil eden od takšnih pojavov. Takšna "stran" pojav je predpostavka in Max Planck izrazil ob koncu leta 1900. To je dejal, da je v svetu elektronov in atomskih jeder, lahko vse količine traja le diskretne vrednosti, ki je kvantizirane. In v svojem mnenju, da je samo matematični trik, ki je izračun lažje. Do konca svojega življenja je verjel, da je kvantni ali najmanjši možni del, na primer, lahka - samo primeren način za opis, ki ne nosi hudo telesno občutek.

Kvantni svet

Vendar pa drugi strokovnjaki, ki se zanimajo za ustrezen opis tega, kar se dogaja na ravni atomov, šteje potencial takšnega sklepa, in ga vzel za samoumevno, da je vse kvantizirane. Elektroni okoli jedra je lahko le na nekatere orbite jedra sami lahko samo določene stopnje energije. Preskakovanje med njima, jedra ustvarjajo gama žarke. Mössbauerjeva učinek trdi, da je treba tožbo proizvajajo neke vrste donosa, vendar se to ne zgodi. Na splošno so vse količine, ki opisujejo obnašanje nanoworld veljajo kvantizacija - da je diskretna. Ampak ne pozabite, da je zagon, da se v makrokozmosu izražena kot produkt stopnje mase do osnovnih delcev kaj bistveno drugačen, kar pomeni, da je preveč, je bil kvantizirane. Torej, to poročilo znanosti, v kateri je Maks Plank, ki izhaja njegovo znamenito formulo, ki vsebuje vrednost h, ali minimalnim učinkom, odprl novo obdobje. To je bilo obdobje kvantne fizike. Mössbauerjeva učinek, razlaga, ki se je kasneje dal na ta pojav, so postali ena izmed najpomembnejših mejnikov znanosti dvajsetega stoletja.

Odkritje učinka Mössbauerjeva

Kot smo zapisali zgoraj, teoretični sklepi šla z roko v roki s poskusom. Nekaj praktičnih sklepi izkazali na rastlinah zbrali dobesedno "na kolena" in iz odpadnih materialov. Znanstveniki so uspeli prikazati ne le formule, ampak tudi pečat bučko, prestregla odbor za delo s kovino in zbrati namestitev. Seveda, vodja laboratorijev povzema samo rezultate svojih oddelkih. Vendar pa je bil vsak eksperimentator tudi inženir, saj so naprave zasnovane za posebne namene, in neposredno v raziskovalnem procesu. Sem bil nobena izjema in učinek Mössbauerjeva. odpiranjem ne bi bilo, če trmasto doktorski Rudolf Mossbauer ni spremenila način merjenja hladilne enote, namesto da bi segrevanje, kot je svetoval nadzornik študij.

trdna

Teorija, ki jo bomo povedati bralcem v tem poglavju, se zdi jasno na prvi pogled. Vendar pa, kot je znano, lahko vedno dosega neverjetne napore. In tako smo zdaj lahko povem s preprostimi besedami kaj Mössbauerjeva učinek za telebane dobesedno, ko je delal celoten laboratorij.

Pod trdno snov običajno mišljen snov v kristaliničnem stanju. Jeder atomov v tem primeru tvori strogo periodično rešetke, ker elektroni v različni meri povzeti. Seveda, kovinski kristali tvori zelo posebno kovinsko vez, preko katerega jedro obstajajo, da se loči od splošnih elektronov. Elektron oblak živi s svojo samostojno državo, ni pozoren na obnašanje kristalne rešetke. Kristale, ki predstavljajo bolj tradicionalne ionske in kovalentne vezi, elektroni tesneje povezan z "njihovimi" jeder. Vendar pa so prosto gibajo med sosednjimi vozlišči, kot na plin ali tekočino.

Trdne nastavljanje lastnosti ne le kemijski elementi, ki so v njih, ampak tudi simetrijo razporeditve atomov relativno drug na drugega. V klasičnem primeru strukture ogljika ustvari mehko grafit, in drugi - najtežji naravni material - diamant. Torej, kaj vrsta povezave, in simetrije osnovne celice veliko pomenijo togega telesa. Lastnosti trdno in da je razkritje kakšen učinek Mössbauerjeva. Njegova narava je pojasnjeno na naslednji način: vse atomov v trdni povezana.

kolektivne kvazidelec

Zdaj pa si predstavljajte dovolj velik tridimenzionalni rešetke. Za model najprimernejši soli: Na in Cl se nahajajo v ogliščih kocke, ena za drugo. Če nekako zgrabi en atom in ga povlecite, da bi prekinil običajno mesto ravnotežja, zahvaljujoč dovolj toge povezave, potem ko je potegnil sosednje atome. Izračuni kažejo, da je sprememba v položaju jedra vsaj bistveno vpliva na sosede tretjega reda. To pomeni, da če je "zgrabi" natrij, čemur potegnil sosednjih atomov klora, natrija ogljika mu sledi eno zunanjega sloja klora. Učinek tega je verjetno, da se razširi v vseh smereh. Ponavadi je dejal, da so motnje sosedje četrtega reda zanemarljiva. Vendar pa niso nič.

Zato, če nekako "knock" kristalno močnejši (npr, da mu pošlje laser ali elektronski žarek), bo kristalno mrežaste "valovi". Takšno kolektivno gibanje, ko je veliko sosednjih atomov v kristalu hkrati premik čutijo, na primer, navzgor ali navzdol, se imenuje fononov. Na voljo opisati, kaj Mössbauerjeva učinek za telebane, da ne bo šel v podrobnosti in samo ti povem, da je bilo ugotovljeno, da fononi, da se obnašajo kot osnovnih delcev. Na primer, njihova energija je kvantizirane, imajo valovne dolžine zagon in so sposobni komunicirati med seboj. Tako so fononi imenujemo kolektivne kvazidelec. Njihovo število in kakovost trdnega telesa dobi strukturo, v katerem se uporabljajo. Izračunamo je lahko, vedel velikost, simetrijo in vrste atomov osnovne celice. Po nastanku Phonon vpliva tudi na dolžino in vrsto vezi med ioni v kristalni mreži.

teorija pas

Ker solidno povzema vse svoje elektrone, in orbitalami (in s tem njihova energija), bi bilo treba posplošiti tudi. Najprej moramo vedeti, da se elektroni spadajo v to skupino delcev, imenovanih fermioni. Fermi, Diracova Pauli skupaj ugotovili, da je lahko v eni stanju v sistemu, samo en tak delec. Če se vrnemo na primer soli, vsak kristal, ki smo ga potresemo juho ali mesa, ki vsebuje nizko količino natrijevih in kloridnih ionov. In vsak od njih ima enako število elektronov, ki se vrtijo na istih tirnicah. Kako je to mogoče? Trden izhaja iz položaja, kot sledi: energija vsakega elektrona kroži okrog jedra, nekoliko razlikuje od vseh drugih energetskih elektronov, ki pripadajo isti orbiti drugega atom. Tako dobljen: v kristalno obstaja zelo veliko energije ravni, ki se razlikujejo drug od drugega dovolj majhna, da se tvori stisnjen območje. V perturbacije, ki uvedejo fononov majhna, saj en atom razpone niso zelo močna. Vse, kar je pomembno, je kolektivna gibanja kot celote. Zato fononska energije, tako rekoč "raztopimo" na področju energije. Na podlagi tega in učinek Mössbauerjeva.

Elektromagnetna lestvica

Gibanje nabitih delcev spremlja elektromagnetnega polja. To dejstvo postavlja, na primer, je vprašanje, zakaj en planet in sateliti jih imajo, drugi pa - ne. Elektromagnetni valovi se lahko razdeli v razrede glede na njihovo frekvenco in s tem energijo. Ti dve lastnosti sta medsebojno povezana in odvisna od valovne dolžine. Kakšen je učinek Mössbauerjeva lahko samo na kratko, pod pogojem, da bralec razume, če se elektromagnetno lestvica nahaja sevanje gama. Torej, odpirajo radijskih valov lestvice. Teoretično omejijo njihovo valovno dolžino - dimenzije vesolja. Vendar pa bi se energija takega sevanja je tako majhen, da je nemogoče, da se registrirajo. Nekoliko višje frekvence v teraherčnih sevanja. Vendar pa je in spoštovanje radijski valovi v zelo specifičnih pogojih: inhibicija elektronov v magnetnem polju, upogibne vibracije polimerov, gibanje ekscitonov v trdni. Bolj jasno, naslednji del elektromagnetnega spektra - infrardeče sevanje. To prenaša energijo v obliki toplote. Tudi višje energetske vidne svetlobe. Ta del spektra, ki vidi človeško oko, je zelo majhna v primerjavi s celotno lestvico.

Rdeča luč ima najnižjo energijo, in vijolična - najvišja. V zvezi s tem je znano, paradoks: bolj hladna voda je navedeno v modri barvi, katerih energija je večja od tiste rdeče luči. Po da ultravijolični del elektromagnetnega obsega že ima dovolj visoko frekvenco, da prodrejo v trdno snov. Kljub temu, da ljudje, kot drugih živih bitij na našem planetu, ne dojemajo ultravijolično svetlobo, njen pomen za pravilno delovanje bioloških organizmov, je ogromna. Glavni vir ultravijoličnega študija je sonce. Višje energije in sposobnost, da prodre številne snovi rentgenski. Vir takega sevanja je pojemek elektronov v elektromagnetnih polj. Elektroni lahko tako vezan, tj pripadajo ogljika in prost. Medicinski pripomočki so naprave po prostih elektronov. Končno, najtežja in najbolj kratkovalovnega je sevanje gama.

X-žarki in gama

Mössbauerjeva učinek in njegova uporaba v fiziki in tehniki je treba razlikovati med žarki gama in rentgenskih žarkov. Z ravni energije in zato je valovna dolžina so v zelo širokem razponu prekrivajo. To pomeni, da je gama in X-žarki z valovno dolžino 5 pikometer. Različne metode za njihovo pripravo. Kot je razloženo zgoraj, X-sevanje se pojavi, ko pojemek elektronov. Poleg tega je v nekaterih postopkih (vključno z jedrsko) izgine elektronov iz notranje lupine dovolj Težki atomski, kot uran. Vendar pa drugi elektroni ponavadi prevzel njegovo mesto. Taki prehodi, in postane vir rentgenskih žarkov. Gama žarki so posledica jedra prehodi iz višje vzbujeno stanje. To sevanje ima visoko prebojno sposobnosti in ionizira atomi, na katere komunicira. Kjer, kadar gama žarki trči ob jedru atoma, morajo biti ti povratni udarec. Vendar pa v praksi se je izkazalo, da je interakcija gama žarkov z jedra atoma, ki pripada togega telesa, je vpliv manjka. To je mogoče razložiti s tem, da dodatno energijo, tako rekoč "zamazan" z elektronskimi pasov kristala, ki ustvarja Phonon.

izotopi

Mössbauerjeva učinek in njegova uporaba je tesno povezana z eno presenetljivo dejstvo: ta pojav ne deluje v vseh kemijskih elementov periodnega sistema. Poleg tega, da je pomemben le za nekatere snovi izotopov. Če se bralec nenadoma pozabil, kaj izotopov odpoklic. Znano je, da je posamezni atom električno nevtralna. To pomeni, da je v jedru pozitivnih protonov toliko kot v elektronov lupini. Vendar pa je jedro vsebuje tudi nevtronov, delca brezplačno. Če spremenite številko v jedru, je električna nevtralnost ni kršil, ampak lastnosti atoma nekoliko spremenila. Poleg tega, pa se zgodi, da je težji izotop radioaktivni in je nagnjena k razpada, medtem ko navadna zadeva je dokaj stabilen. Precej seznam betonskih elementov in njihovih izotopov, ki so značilni učinek Mössbauerjeva. Dokaz ⁵⁷ Fe, na primer, na splošno zaupa tega pojava.

Uporaba kvantnih učinkov

Produce izkušnje, ki potrjujejo ene ali druge hipoteze v zvezi z mikroskopsko svetu, je pogosto ni enostavno. Poleg tega ni jasno, kakšne koristi lahko prinese enak učinek Mössbauerjeva? Uporaba tega, pa je dovolj široka. Preiskave lastnosti kristalnih materiali, amorfni trdni delci in fino zdrobljenih praškov pojavi, tudi preko tega kvantnega pojava. Ti podatki so potrebni precej oddaljena od odsekov prakse (teoretična fizika), in v zelo tesnih človek discipline - kot zdravila. Tako naj bi Mössbauerjeva učinek in njegova uporaba se šteje kot primer teoretičnega odkritja, ki prinaša veliko prednosti, tudi v vsakdanjem življenju.