Mössbauer-Effekt: die Wirkung der Entdeckung und ihre Bedeutung

Der Artikel spricht über das, was der Mössbauer-Effekt. Auch offenbarten Konzepte, wie beispielsweise Quantenenergieniveaus in einem Atom und einem Atomkern, fest und kollektive Quasiteilchen darin.

mathematische Spaß

Ein Durchbruch in der Physik, die im ersten Jahrzehnte des zwanzigsten Jahrhunderts aufgetreten ist, Wissenschaftler forderten ernsthafte Kenntnisse in Mathematik. Viele Entdeckungen wurden zurückgezogen, sozusagen an der Spitze des Stiftes: zuerst wurden sie theoretisch berechnet und dann in der Praxis gefunden.

Zum Beispiel kann die Existenz von Gravitationswellen im Jahr 1910 von Einstein vorhergesagt, konnten im Jahr 2016 experimentell nur bestätigen. Die Fusion von zwei Neutronensternen hat Tremor Raum geschaffen, dass die terrestrische Physik gefangen und fixierte durch die Ära der Gravitationsmessungen in der Wissenschaft der Menschheit zu öffnen. Kein Wunder, die Schwerkraft hier erwähnt: nämlich für solche Studien ist der Mössbauer-Effekt Wert. Aber das ist eher die Ausnahme als die Regel. Meistens Theoretiker und Experimentatoren gegenseitig auf die Fersen Schritt, gab eine Studie Anlass zu der Notwendigkeit ihrer mathematischen Beschreibung und negativer Schluss wird die Annahme neuer, noch nicht erhalten Abhängigkeiten. Mößbauer-Effekt war ein solcher Phänomene. Solche „Seite“ -Phänomen sind die Annahme und der Max-Planck am Ende des Jahres 1900 ausgedrückt. Es wird gesagt, dass in der Welt von Elektronen und Atomkernen, alle Größen nur diskrete Werte annehmen können, dass quantisiert ist. Und in seiner eigenen Meinung, es war nur ein mathematischer Trick, der erleichtert die Berechnung. Bis zum Ende seines Lebens glaubte er, dass die Quanten oder der kleinstmögliche Teil, beispielsweise Licht – nur geeignete Art und Weise zu beschreiben, keinen schweren körperlichen Sinn trägt.

Die Quantenwelt

Jedoch können auch andere in eine angemessene Beschreibung von interessierten Wissenschaftlern, was auf der Skala der Atome geschieht, als das Potenzial eines solchen Abschluss, und es für selbstverständlich, dass alles quantisiert ist. Die Elektronen um den Kern sein kann, nur auf bestimmten Bahnen Kerne können sich nur bestimmte Energieniveaus haben. Skipping dazwischen erzeugen Kerne Gammastrahlen. Mössbauer-Effekt argumentiert, dass die Aktion eine Art Rückkehr produzieren sollte, aber dies nicht geschieht. Im Allgemeinen sind alle Mengen, die das Verhalten der Nanowelt unterliegen Quantisierung beschreiben – das diskret ist. Aber vergessen Sie nicht, dass die Dynamik, die in dem Makrokosmos als Produkt der Geschwindigkeit der Masse zu Elementarteilchen ausgedrückt wird, ist etwas grundsätzlich anderes, was bedeutet, dass auch er quantisiert ist. So dass Wissenschaft Bericht, in dem der Maks Plank seine berühmte Formel abgeleitet, die den Wert von h enthält, oder einen minimalen Effekt, eröffnet eine neue Ära. Es war das Zeitalter der Quantenphysik. Mössbauer-Effekt, Interpretation, die später auf dieses Phänomen gegeben wurde, haben einen der wichtigsten Meilensteine der Wissenschaft des zwanzigsten Jahrhunderts geworden.

Die Entdeckung des Mößbauer-Effekt

Wie wir bereits erwähnt haben, gingen die theoretischen Schlussfolgerungen Hand in Hand mit dem Experiment. Einige praktische Schlussfolgerungen bewiesen auf Pflanzen gesammelt wahrsten Sinne des Wortes „auf dem Knie“ und aus Schrott. Wissenschaftler in der Lage gewesen, nicht nur die Formel angezeigt werden, sondern auch die Kolben abdichten, schneidet das Brett mit Metall zu arbeiten, und die Installation zu sammeln. Natürlich fasst der Leiter der Laboratorien nur die Ergebnisse ihrer Stationen. Allerdings war jeder Experimentator auch ein Ingenieur, da die Geräte für bestimmte Zwecke ausgelegt sind, und direkt in den Forschungsprozess. Ich war da keine Ausnahme und der Mössbauer-Effekt. Öffnungs es würde nicht stattfinden, wenn ein hartnäckiger Doktor Rudolf Mossbauer das Verfahren zur Messung der Kühleinheit nicht geändert, sondern es erhitzt wird, wie von der Aufsicht von Studien empfohlen.

fest

Die Theorie, die wir die Leser in diesem Abschnitt sagen wird, so scheint es auf den ersten Blick klar. Wie jedoch bekannt ist, leicht zu erreicht immer unglaubliche Anstrengungen. Und so sind wir nun in der Lage, in einfachen Worten zu sagen, was der Mössbauer-Effekt für Dummies wahrsten Sinne des Wortes, sobald das gesamte Labor gearbeitet.

Unter dem Feststoff wird in der Regel eine Substanz in einem kristallinen Zustand gemeint. Die Kerne der Atome in diesem Fall bilden eine strikte periodischen Gitter, während die Elektronen in unterschiedlichem Ausmaß zusammengefaßt. Natürlich Metallkristalle, durch die sehr spezielle metallische Bindung bildete der Kern existiert als von generali Elektronen zu trennen. Die Elektronenwolke lebt von seinem unabhängigen Gesetz, nicht auf das Verhalten des Kristallgitters Aufmerksamkeit. Die Kristalle, die traditionellere ionische und kovalente Bindungen, mehr die Elektronen eng mit „ihrem“ Kern verbunden. Aber es gibt sie frei zwischen benachbarten Knoten als in einem Gas oder einer Flüssigkeit zu bewegen.

Feste Satz Eigenschaften nicht nur die chemischen Elemente, die in ihnen sind, sondern auch die Symmetrie der Anordnung der Atome in Bezug zueinander. In dem klassischen Beispiel einer Kohlenstoffstruktur erzeugt weiche Graphit, und die andere – die härteste Naturmaterial – Diamanten. Also, welche Art von Verbindung, und Symmetrie der Elementarzelle eine Menge zu einem starren Körper bedeuten. Die Eigenschaften des festen und es ist die Offenbarung dessen, was der Mössbauer-Effekt. Seine Natur erklärt sich wie folgt: alle Atome in einem festen verbunden sind.

Kollektiv Quasiteilchen

Nun stellen Sie ein ausreichend großes dreidimensionales Gitter. Für das Modell am besten geeigneten Salz: Na und Cl sind in den Ecken der Würfel, einer nach dem anderen. Wenn irgendwie ein Atom greifen und zieht ihn die gewöhnliche Gleichgewicht zu brechen, durch eine ausreichend feste Verbindung, nachdem sie die benachbarten Atom gezogen. Berechnungen zeigen, dass die Änderung in der Position des Kerns wenigstens an den Nachbarn dritter Ordnung keine wesentlichen Auswirkungen hat. Das bedeutet, dass, wenn die Natrium „greifen“, gefolgt benachbarte Chloratome gezogen, Natriumatome folgt ihm eine äußerste Schicht aus Chlor. Die Auswirkungen dieser wahrscheinlich in alle Richtungen erweitert werden. Es wird gesagt, in der Regel, dass die vierte Ordnung Störungs Nachbarn vernachlässigbar sind. Allerdings sind sie nicht Null ist.

Folglich wird, wenn irgendwie „Klopfen“ Kristall stärker (z.B. ihm eine Laser oder Elektronenstrahl senden), wird das Kristallgitter „Wellen“. Solche kollektive Bewegung, wenn viele benachbarten Atome im Kristall fühlt gleichzeitig verschieben, beispielsweise nach oben oder unten, die so genannt Phononen. Verfügbar zu beschreiben, was die Mössbauer-Effekt für Dummies, wir nicht ins Detail gehen und Ihnen sagen, dass die Phononen als Elementarteilchen verhalten gefunden wurde. Zum Beispiel ihre Energie quantisiert ist, besitzen sie Wellenlänge Schwung und sind in der Lage, miteinander zu interagieren. Somit werden die Phononen kollektive Quasiteilchen genannt. Ihre Zahl und die Qualität des Festkörpers wird eine Struktur gegeben, in dem sie auftreten. Berechnen kann es sein, zu wissen, die Größe, die Symmetrie und die Art der Atome der Elementarzelle. Auf dem Auftreten von Phononen beeinflussen auch die Länge und die Art der Bindungen zwischen den Ionen in dem Kristallgitter.

Band Theorie

Da fest alle seine Elektronen zusammenfasst, und die Orbitale (und damit ihre Energie) sollte auch verallgemeinert werden. Zunächst müssen wir uns daran erinnern, dass die Elektronen auf diese Klasse von Teilchen genannt Fermionen gehören. Fermi, Dirac und Pauli zusammen festgestellt, dass in dem System in einem Zustand sein können, nur ein solcher Teilchen. Wenn wir zum Beispiel Salze zurück, wobei jeder Kristall, der streuen wir Suppe oder Fleisch, eine unglaubliche Menge an Natrium- und Chloridionen umfasst. Und jeder von ihnen hat die gleiche Anzahl von Elektronen, die auf identische Bahnen drehen. Wie kann das sein? Eine feste kommt der Situation aus, wie folgt: die Energie jedes Elektrons um den Kern umlaufenden, ein wenig von jeder anderen Energieelektronen auf der gleichen Umlaufbahn von einem anderen Atom gehört. So ist es erhalten: in der Kristall sehr viel Energie, die sich voneinander unterscheiden, besteht ausreichend klein einen komprimierten Bereich zu bilden. Die Störungen, die Phononen klein, weil ein Atom Bereiche sind nicht sehr stark einzuführen. Alles, was ist die kollektive Bewegung als Ganzes zählt. Daher ist die Phononenenergie, wie es auf dem Gebiet der Energie „gelöst“ war. Auf dieser Basis und die Wirkung Mößbauer.

elektromagnetische Skala

Die Bewegung von geladenen Teilchen wird durch ein elektromagnetisches Feld begleitet. Diese Tatsache legt zum Beispiel die Frage, warum ein Planet und Satelliten besitzen sie, während andere – nicht. Elektromagnetische Wellen können nach ihrer Frequenz und damit Energie unterteilt in Klassen werden. Diese beiden Eigenschaften sind miteinander verbunden und hängen von der Wellenlänge ab. Was den Mössbauer-Effekt ist nur kurz, vorausgesetzt, dass der Leser versteht, wo elektromagnetische Skala Gammastrahlung befindet. So öffnen Sie die Airwaves Skala nach oben. Theoretisch ihre Wellenlänge begrenzen – Abmessungen Universum. Allerdings wäre die Energie dieser Strahlung so klein, dass es unmöglich ist, zu registrieren. Etwas höhere Frequenz in der Terahertz-Strahlung. Es ist jedoch, und die Funkwellen in sehr spezifischen Bedingungen beobachtet: Hemmung der Elektronen in einem Magnetfeld, Biegeschwingungen von Polymeren, die Bewegung von Exzitonen in dem Feststoff. Mehr klar nächster Teil des elektromagnetischen Spektrums – die Infrarotstrahlung. Er überträgt Energie in Form von Wärme. Noch höhere Energie des sichtbaren Lichts. Dieser Teil des Spektrums, die das menschliche Auge sieht, ist sehr klein im Vergleich zu der gesamten Skala.

Rotes Licht hat die niedrigste Energie und lila – die höchste. In diesem Zusammenhang ist es bekannt, paradox: Je mehr kalte Wasser in blau angegeben, deren Energie höher ist als die von roten Licht. Im Anschluss an, dass der UV-Bereich der elektromagnetischen Skala bereits eine genügend hohe Frequenz hat, in einen Feststoff zu durchdringen. Trotz der Tatsache, dass die Menschen, wie andere Lebewesen auf unserem Planeten, nicht wahrnehmen ultraviolettes Licht, seine Bedeutung für das reibungslose Funktionieren der biologischen Organismen ist enorm. Die wichtigste Quelle für ultraviolette Studie ist die Sonne. Höhere Energie und die Fähigkeit, viele Substanzen eindringen haben X-ray. Die Quelle einer solchen Strahlung ist die Abbremsung der Elektronen in den elektromagnetischen Feldern. Die Elektronen können beide gebunden sein, d.h. gehören Atome und frei. Die medizinischen Geräte sind Geräte durch freie Elektronen. Schließlich ist die härteste und die kurzwellige ist Gammastrahlung.

Röntgenstrahlen und gamma

Mößbauer-Effekt und ihre Anwendung in der Physik und Technik muss zwischen Gammastrahlen und Röntgenstrahlen unterscheiden. Durch die Höhe der Energie, und dementsprechend sind sie die Wellenlänge in einem sehr weiten Bereich der Überlappung. Das heißt, es ist ein Gamma- und Röntgenstrahlen mit einer Wellenlänge von 5 Pikometer. Verschiedene Verfahren zu ihrer Herstellung. Wie oben erläutert, die Röntgenstrahlung tritt auf, wenn die Verzögerung von Elektronen. Außerdem verschwindet in einigen Verfahren (einschließlich der Kern) Elektron von der Innenschale ausreichend schweres Atom, wie Uran. Allerdings neigen andere Elektronen um seinen Platz einzunehmen. Solche Übergänge, und werden eine Quelle von Röntgenstrahlen. Gammastrahlen sind das Ergebnis des Kerns von einem höheren angeregten Zustand übergeht. Diese Strahlung hat eine hohe Eindringvermögen und ionisiert Atomen, an die in Wechselwirkung tritt. Wobei, wenn der Gammastrahl mit dem Kern eines Atoms kollidiert, muss es sein, so genannte Rückschlag. Es stellte sich jedoch in der Praxis heraus, dass die Wechselwirkung von Gammastrahlen mit dem Kern eines Atoms zu dem starren Körper gehören, die Wirkung fehlt. Dies wird durch die Tatsache, dass zusätzliche Energie erklärt, wie es durch elektronische Bänder des Kristalls „verschmiert“ wurden, ein Phonon erzeugen.

Isotope

Mößbauer-Effekt und seine Anwendung auf die eine überraschende Tatsache eng miteinander verbunden: das Phänomen wirkt nicht auf alle chemischen Elemente des Periodensystems. Darüber hinaus ist es wichtig nur für einige Substanzen Isotope. Wenn der Leser plötzlich vergessen, was Isotope erinnern. Es ist bekannt, dass eine bestimmte Atom elektrisch neutral ist. Dies bedeutet, dass im Kern der positiven Protonen so viel wie in der Elektronenhülle. Jedoch enthält der Kern auch ein Neutron, Partikel ohne Ladung. Wenn Sie die Zahl im Kern zu ändern, wird die elektrische Neutralität nicht verletzt, aber die Eigenschaften des Atoms leicht verändert. Darüber hinaus kommt es vor, dass das schwerere Isotop radioaktiv ist und ist anfällig für Fäulnis, während gewöhnliche Materie recht stabil ist. Eine ganze Liste von Betonelementen und deren Isotopen, die durch die Mössbauereffekt gekennzeichnet sind. Nachweis von ⁵⁷ Fe, beispielsweise wird im allgemeinen durch dieses Phänomen vertraut.

Die Verwendung von Quanteneffekten

Produce Erfahrung, die durch die eine oder andere Hypothese der mikroskopischen Welt im Zusammenhang bestätigt wird, ist es oft nicht einfach. Darüber hinaus ist es unklar, welche Vorteile kann die gleiche Wirkung Mössbauer bringen? Die Verwendung von ihm ist jedoch breit genug. Untersuchung der Eigenschaften von kristallinen Materialien, amorphen Feststoffen und fein zerkleinerte Pulver auftritt, auch über dieses Quantenphänomen. wie Medizin – Solche Daten werden in ziemlich weit entfernt von den Übungsabschnitten (theoretische Physik) und in der Nähe Mann Disziplinen erforderlich. Somit sollte der Mößbauer-Effekt und seine Verwendung als Beispiel für theoretische Entdeckung in Betracht gezogen werden, die eine Menge Vorteile mit sich bringt, auch im Alltag.