Efek Mössbauer: efek dari penemuan dan signifikansinya

Pembicaraan artikel tentang apa efek Mössbauer. Juga diungkapkan konsep-konsep seperti tingkat kuantum energi dalam atom dan inti atom, padat dan quasiparticle kolektif di dalamnya.

menyenangkan Matematika

Sebuah terobosan dalam fisika yang terjadi pada dekade pertama abad kedua puluh, para ilmuwan menuntut pengetahuan yang serius dalam matematika. Banyak penemuan-penemuan telah ditarik, sehingga untuk berbicara, di ujung pena: pada awalnya mereka dihitung secara teoritis dan kemudian ditemukan dalam praktek.

Sebagai contoh, adanya gelombang gravitasi diprediksi oleh Einstein pada tahun 1910, mampu mengkonfirmasi eksperimen hanya pada tahun 2016. Penggabungan dua bintang neutron telah menciptakan ruang tremor bahwa fisika terestrial tertangkap dan tetap dengan membuka era pengukuran gravitasi dalam ilmu kemanusiaan. Tidak heran gravitasi disebutkan di sini: yaitu untuk studi tersebut adalah nilai efek Mössbauer. Tapi ini adalah pengecualian daripada aturan. Paling sering, teori dan peneliti menginjak tumit masing-masing, satu studi memunculkan kebutuhan untuk deskripsi matematika, serta kesimpulan yang merugikan menjadi asumsi baru, belum menerima dependensi. Efek Mössbauer adalah salah satu fenomena tersebut. Seperti "sisi" fenomena adalah asumsi dan Max Planck menyatakan pada akhir 1900. Dikatakan bahwa dalam dunia elektron dan inti atom, semua kuantitas hanya dapat mengambil nilai-nilai diskrit, yang terkuantisasi. Dan, menurut pandangannya sendiri, itu hanya trik matematika, yang membuat menghitung lebih mudah. Sampai akhir hidupnya ia percaya bahwa kuantum, atau bagian terkecil yang mungkin, misalnya, cahaya - satunya cara yang cocok untuk menggambarkan, tidak membawa arti fisik yang serius.

Dunia kuantum

Namun, ulama lain yang tertarik dalam deskripsi yang memadai tentang apa yang terjadi pada skala atom, yang dianggap sebagai potensi kesimpulan seperti itu, dan mengambil begitu saja bahwa semuanya terkuantisasi. Elektron di sekitar inti hanya mungkin pada orbit tertentu inti sendiri hanya dapat memiliki tingkat energi tertentu. Melewatkan diantaranya, inti menghasilkan sinar gamma. Efek Mössbauer berpendapat bahwa tindakan harus menghasilkan semacam kembali, tapi ini tidak terjadi. Secara umum, semua kuantitas yang menggambarkan perilaku nanoworld tunduk pada kuantisasi - yang diskrit. Tapi jangan lupa bahwa momentum bahwa dalam makrokosmos dinyatakan sebagai produk dari tingkat massa untuk partikel dasar adalah sesuatu yang secara fundamental berbeda, yang berarti bahwa ia juga terkuantisasi. Sehingga laporan ilmu di mana Maks Plank berasal formula terkenal yang berisi nilai h, atau efek minimal, membuka era baru. Ini adalah era fisika kuantum. efek Mössbauer, interpretasi, yang kemudian diberikan kepada fenomena ini, telah menjadi salah satu tonggak paling penting dari ilmu abad kedua puluh.

Penemuan efek Mössbauer

Seperti yang telah disebutkan di atas, kesimpulan teoritis bergandengan tangan dengan percobaan. Beberapa kesimpulan praktis terbukti pada tanaman dikumpulkan secara harfiah "di lutut" dan keluar dari bahan bekas. Para ilmuwan telah mampu tidak hanya menampilkan rumus, tetapi juga menutup termos, memotong papan untuk bekerja dengan logam dan mengumpulkan instalasi. Tentu saja, kepala laboratorium hanya merangkum hasil dari lingkungan mereka. Namun, setiap eksperimen juga seorang insinyur, sebagai perangkat yang dirancang untuk tujuan tertentu, dan langsung dalam proses penelitian. Saya tidak terkecuali dan efek Mössbauer. Membuka itu tidak akan terjadi jika doktor keras kepala Rudolf Mossbauer tidak berubah metode pengukuran unit pendingin, bukan pemanasan, seperti yang disarankan oleh pengawas studi.

padat

Teori, yang kami akan memberitahu pembaca di bagian ini, tampak jelas pada pandangan pertama. Namun, seperti diketahui, mudah untuk selalu mencapai upaya yang luar biasa. Dan jadi kami sekarang dapat memberitahu kata-kata sederhana apa efek Mössbauer for Dummies harfiah, pernah bekerja seluruh laboratorium.

Di bawah padat biasanya berarti zat dalam keadaan kristal. Inti atom dalam hal ini membentuk kisi periodik yang ketat, sedangkan elektron dalam berbagai derajat diringkas. Tentu saja, kristal logam membentuk ikatan logam yang sangat spesifik melalui mana inti ada sebagai terpisah dari elektron umum. Elektron awan hidup oleh hukum independen, tidak memperhatikan perilaku kisi kristal. Kristal yang menyajikan ikatan ion dan kovalen yang lebih tradisional, elektron lebih erat terkait dengan inti "mereka". Tapi ada mereka bebas untuk bergerak di antara node tetangga daripada di gas atau cairan.

set properti yang solid tidak hanya unsur-unsur kimia yang di dalamnya, tetapi juga simetri dari susunan atom relatif satu sama lain. Dalam contoh klasik dari struktur karbon menghasilkan grafit lembut, dan lainnya - bahan alami yang paling sulit - berlian. Jadi apa jenis koneksi, dan simetri dari sel satuan berarti banyak untuk tubuh kaku. Sifat-sifat padat dan itu adalah pengungkapan apa efek Mössbauer. sifatnya dijelaskan sebagai berikut: semua atom dalam padat terkait.

quasiparticles kolektif

Sekarang bayangkan kisi tiga dimensi cukup besar. Untuk model garam yang paling cocok: Na dan Cl terletak di simpul dari kubus, satu demi satu. Jika entah bagaimana ambil satu atom dan menariknya untuk memecahkan tempat kebiasaan keseimbangan, berkat koneksi yang cukup kaku, setelah menarik atom tetangga. Perhitungan menunjukkan bahwa perubahan posisi inti memiliki setidaknya berdampak signifikan terhadap tetangga dari urutan ketiga. Ini berarti bahwa jika "ambil" natrium, diikuti ditarik tetangga atom klorin, atom natrium mengikutinya satu lapisan terluar dari klorin. Dampak dari ini kemungkinan akan diperpanjang ke segala arah. Hal ini biasanya mengatakan bahwa keempat-order tetangga gangguan dapat diabaikan. Namun, mereka tidak nol.

Akibatnya, jika entah bagaimana "mengetuk" kristal kuat (misalnya, untuk mengirim dia laser atau berkas elektron), kisi kristal akan "gelombang". gerakan kolektif seperti ketika banyak atom tetangga dalam kristal secara bersamaan bergeser merasa, misalnya, atas atau bawah, yang disebut fonon. Tersedia untuk menggambarkan apa efek Mössbauer untuk dummies, kita tidak akan masuk ke rincian dan hanya memberitahu Anda bahwa fonon ditemukan berperilaku sebagai partikel elementer. Misalnya, energi mereka adalah terkuantisasi, mereka memiliki momentum panjang gelombang dan mampu berinteraksi satu sama lain. Dengan demikian, fonon disebut quasiparticles kolektif. jumlah dan kualitas tubuh padat mereka diberikan struktur di mana mereka terjadi. Hitung dapat, mengetahui ukuran, simetri dan jenis atom sel satuan. Pada terjadinya phonon juga mempengaruhi panjang dan jenis ikatan antara ion dalam kisi kristal.

teori Band

Sejak padat merangkum semua elektronnya, dan orbital (dan karenanya energi mereka) juga harus digeneralisasi. Pertama, kita harus ingat bahwa elektron milik kelas ini partikel yang disebut fermion. Fermi, Dirac dan Pauli bersama-sama menemukan bahwa dalam satu negara mungkin dalam sistem, hanya satu partikel tersebut. Jika kita kembali ke contoh garam, masing-masing kristal, yang kita taburkan sup atau daging, yang terdiri dari jumlah yang luar biasa dari ion natrium dan klorida. Dan masing-masing memiliki jumlah elektron yang sama, yang berputar pada orbit yang identik. Bagaimana bisa? Sebuah padat keluar dari situasi sebagai berikut: energi setiap elektron yang mengorbit di sekitar inti, sedikit berbeda dari elektron energi lain milik orbit yang sama dari atom lain. Oleh karena itu diperoleh: dalam kristal ada tingkat energi yang sangat banyak yang berbeda satu sama lain cukup kecil untuk membentuk area terkompresi. The gangguan yang memperkenalkan fonon kecil karena salah satu rentang atom tidak sangat kuat. Yang penting adalah gerakan kolektif secara keseluruhan. Oleh karena itu, energi Fonon, karena itu "dibubarkan" di bidang energi. Berdasarkan ini dan efek Mössbauer.

skala elektromagnetik

Pergerakan partikel bermuatan disertai dengan medan elektromagnetik. Fakta ini menempatkan, misalnya, pertanyaan mengapa satu planet dan satelit memiliki mereka, sementara yang lain - tidak. gelombang elektromagnetik dapat dibagi lagi ke dalam kelas sesuai dengan frekuensi mereka dan karena itu energi. Kedua karakteristik yang saling berhubungan dan bergantung pada panjang gelombang. Apa efek Mössbauer bisa hanya sebentar, asalkan pembaca mengerti di mana skala elektromagnetik terletak radiasi gamma. Jadi, membuka skala gelombang udara. Secara teoritis membatasi panjang gelombang mereka - dimensi alam semesta. Namun, energi radiasi tersebut akan sangat kecil sehingga tidak mungkin untuk mendaftar. frekuensi sedikit lebih tinggi dalam radiasi Terahertz. Namun, itu adalah, dan gelombang radio yang diamati dalam kondisi yang sangat spesifik: penghambatan elektron dalam medan magnet, getaran lentur polimer, pergerakan excitons di padat. Lebih jelas bagian selanjutnya dari spektrum elektromagnetik - radiasi inframerah. Ini transfer energi dalam bentuk panas. energi lebih tinggi dari cahaya tampak. Itu bagian dari spektrum yang melihat mata manusia sangat kecil dibandingkan dengan seluruh skala.

lampu merah memiliki energi terendah, dan ungu - yang tertinggi. Dalam hubungan ini, diketahui paradoks: air lebih dingin ditunjukkan dengan warna biru, yang energinya lebih tinggi dari lampu merah. Setelah itu bagian ultraviolet dari skala elektromagnetik sudah memiliki frekuensi yang cukup tinggi untuk menembus ke padat. Terlepas dari kenyataan bahwa orang-orang, seperti makhluk hidup lainnya di planet kita, tidak melihat cahaya ultraviolet, pentingnya untuk berfungsinya organisme biologis sangat besar. Sumber utama studi ultraviolet adalah sinar matahari. energi yang lebih tinggi dan kemampuan untuk menembus berbagai zat memiliki X-ray. Sumber radiasi tersebut adalah perlambatan elektron dalam medan elektromagnetik. Elektron dapat baik terikat, yaitu milik atom dan bebas. Perangkat medis perangkat dengan elektron bebas. Akhirnya, yang paling sulit dan paling gelombang pendek radiasi gamma.

sinar-X dan gamma

Efek Mössbauer dan aplikasinya dalam fisika dan teknik perlu membedakan antara sinar gamma dan sinar-X. Oleh tingkat energi dan, sesuai, panjang gelombang mereka berada dalam rentang yang sangat luas tumpang tindih. Artinya, ada gamma dan sinar-X dengan panjang gelombang 5 pikometer. Metode yang berbeda untuk persiapan mereka. Seperti dijelaskan di atas, X-radiasi terjadi ketika perlambatan elektron. Selain itu, dalam beberapa proses (termasuk nuklir) menghilang elektron dari kulit bagian dalam atom cukup berat, seperti uranium. Namun, elektron lainnya cenderung untuk mengambil tempatnya. transisi tersebut, dan menjadi sumber sinar-X. Sinar gamma adalah hasil dari inti transisi dari keadaan bersemangat tinggi. Radiasi ini memiliki kemampuan penetrasi yang tinggi dan mengionisasi atom yang berinteraksi. Dimana ketika sinar gamma bertabrakan dengan inti atom, harus ada kickback disebut. Namun, dalam praktiknya ternyata bahwa interaksi sinar gamma dengan inti atom milik tubuh kaku, dampak yang hilang. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa energi tambahan, seperti yang "dioleskan" oleh band-band elektronik dari kristal, menciptakan Fonon.

isotop

Efek Mössbauer dan penerapannya terkait erat dengan satu fakta mengejutkan: fenomena tidak bertindak pada semua unsur kimia dalam tabel periodik. Selain itu, signifikan hanya untuk beberapa zat isotop. Jika pembaca tiba-tiba lupa apa isotop recall. Hal ini diketahui bahwa setiap atom yang diberikan adalah netral. Ini berarti bahwa dalam inti proton positif sebanyak di kulit elektron. Namun, inti juga berisi neutron, partikel tanpa biaya. Jika Anda mengubah nomor dalam inti, netralitas listrik tidak dilanggar, tetapi sifat-sifat atom sedikit berubah. Selain itu, hal itu terjadi bahwa isotop lebih berat adalah radioaktif dan rentan terhadap pembusukan, sedangkan materi biasa cukup stabil. Cukup daftar elemen beton dan isotop mereka, yang ditandai dengan efek Mössbauer. Deteksi ⁵⁷ Fe, misalnya, umumnya dipercaya oleh fenomena ini.

Penggunaan efek kuantum

menghasilkan pengalaman, yang dikonfirmasi oleh satu atau hipotesis lain yang terkait dengan dunia mikroskopis, sering tidak mudah. Selain itu, tidak jelas manfaat apa yang dapat membawa efek yang sama Mössbauer? Penggunaan itu, bagaimanapun, adalah cukup lebar. Investigasi sifat kristal bahan, amorf padat dan serbuk halus dipecah terjadi, termasuk melalui fenomena kuantum ini. Data tersebut diperlukan dalam cukup jauh dari bagian praktek (teori fisika), dan dalam disiplin ilmu orang yang sangat dekat - seperti kedokteran. Dengan demikian, efek Mössbauer dan penggunaannya harus dianggap sebagai contoh penemuan teoritis, yang membawa banyak manfaat, bahkan dalam kehidupan sehari-hari.