Effaith Mossbauer: effaith y darganfyddiad a'i arwyddocâd

Mae'r erthygl yn sôn am yr hyn yr effaith Mossbauer. datgelu hefyd cysyniadau megis lefelau cwantwm egni mewn atom ac niwclews atomig, cadarn a quasiparticle cyd ynddo.

hwyl Mathemategol

Mae llwyddiant mewn ffiseg a ddigwyddodd yn ystod degawd cyntaf yr ugeinfed ganrif, yn mynnu gwyddonwyr gwybodaeth difrifol mewn mathemateg. Llawer o ddarganfyddiadau wedi cael eu tynnu'n ôl, fel petai, ar flaen y pen: ar y dechrau eu bod yn cyfrifo ddamcaniaethol ac yna dod o hyd yn ymarferol.

Er enghraifft, mae bodolaeth tonnau disgyrchol ragwelwyd gan Einstein yn 1910, yn gallu cadarnhau trwy arbrawf yn unig yn 2016. Uno dau sêr niwtron wedi creu cryndod gofod sydd ffiseg daearol dal a'u gosod drwy agor y cyfnod o fesuriadau disgyrchol yng ngwyddor ddynoliaeth. Dim disgyrchiant rhyfedd a grybwyllir yma: sef ar gyfer astudiaethau o'r fath yw gwerth effaith Mossbauer. Ond mae hyn yn eithriad yn hytrach na'r rheol. Mae'r rhan fwyaf aml, damcaniaethwyr a arbrofwyr gam ar sodlau ei gilydd, rhoddodd un astudiaeth arwain at yr angen am ei ddisgrifiad mathemategol, a chasgliad anffafriol yn dod yn y dybiaeth o, eto derbyniodd dibyniaethau newydd. Effaith Mössbauer yn un o ffenomenau o'r fath. O'r fath "ochr" ffenomen yw'r dybiaeth a mynegodd y Max Planck ar ddiwedd 1900. Dywedodd fod yn y byd o electronau a niwclysau atomig, gall pob meintiau ond yn cymryd gwerthoedd arwahanol, hynny yw quantized. Ac, yn ei farn ei hun, yr oedd dim ond tric mathemategol, oedd yn ei gwneud yn haws cyfrifo. Hyd ddiwedd ei oes roedd yn credu bod y cwantwm, neu y rhan lleiaf posibl o, er enghraifft, golau - unig ffordd addas i ddisgrifio, nid cario ymdeimlad corfforol difrifol.

Mae'r byd cwantwm

Fodd bynnag, mae ysgolheigion eraill sydd â diddordeb mewn disgrifiad digonol o'r hyn sy'n digwydd ar y raddfa o atomau, yn ystyried y posibilrwydd o fath gasgliad, ac yn cymryd yn ganiataol bod popeth yn quantized. Efallai y bydd y electronau o amgylch y niwclews dim ond ar rai orbitau niwclysau eu hunain dim ond lefelau egni penodol. Sgipio therebetween, niwclysau cynhyrchu pelydrau gama. Effaith Mossbauer dadlau y dylai'r camau cynhyrchu rhyw fath o ddychwelyd, ond nid yw hyn yn digwydd. Yn gyffredinol, yr holl symiau sy'n disgrifio ymddygiad y nanoworld yn ddarostyngedig i Quantization - hynny yw arwahanol. Ond peidiwch ag anghofio bod y momentwm sydd yn y macrocosm ei fynegi fel lluoswm y gyfradd torfol i ronynnau elfennol yn rhywbeth sylfaenol wahanol, sy'n golygu ei fod, hefyd, yn quantized. Er mwyn i adroddiad gwyddoniaeth y mae'r Maks Plank deillio ei fformiwla enwog sy'n cynnwys y gwerth h, neu'r effaith fach iawn, agorodd gyfnod newydd. Hwn oedd y cyfnod o ffiseg cwantwm. effaith Mossbauer, dehongli, a roddwyd i ffenomen hon yn ddiweddarach, wedi dod yn un o'r cerrig milltir mwyaf pwysig o wyddoniaeth yn yr ugeinfed ganrif.

Mae darganfod yr effaith Mössbauer

Fel yr ydym wedi nodi uchod, aeth y casgliadau damcaniaethol law yn llaw â'r arbrawf. Mae rhai casgliadau ymarferol profi ar blanhigion a gasglwyd yn llythrennol "ar y pen-glin" ac allan o ddeunyddiau sgrap. Mae gwyddonwyr wedi gallu nid yn unig yn arddangos y fformiwla, ond hefyd yn selio'r fflasg, torrwch y bwrdd i weithio gyda metel a chasglu y gosodiad. Wrth gwrs, mae'r pennaeth y labordai yn unig yn crynhoi canlyniadau eu wardiau. Fodd bynnag, roedd pob arbrofwr hefyd yn beiriannydd, gan fod y dyfeisiau wedi'u cynllunio ar gyfer dibenion penodol, ac yn uniongyrchol yn y broses ymchwil. Roeddwn yn eithriad a'r effaith Mossbauer. Ni fyddai agor ei gynnal os bydd doethurol styfnig Rudolf Mossbauer nid newid y dull o fesur yr uned oeri, yn hytrach na gynhesu, fel y cynghorir gan y goruchwyliwr o astudiaethau.

solid

Y ddamcaniaeth, y byddwn yn dweud wrth y darllenwyr yn yr adran hon, mae'n ymddangos yn glir ar yr olwg gyntaf. Fodd bynnag, fel yn adnabyddus, yn hawdd i'w wastad yn cyflawni ymdrechion anhygoel. Ac felly rydym yn awr yn gallu dweud mewn geiriau syml yr hyn y mae'r effaith Mossbauer gyfer dymis yn llythrennol, gweithio unwaith y labordy cyfan.

O dan y solid fel arfer a olygir sylwedd mewn cyflwr crisialog. Mae niwclysau atomau yn yr achos hwn yn ffurfio dellt cyfnodol llym, tra bod y electronau mewn graddau amrywiol crynhoi. Wrth gwrs, crisialau metel ffurfio bond metelig benodol iawn y mae'r cnewyllyn yn bodoli fel gwahanu oddi wrth electronau cyffredinol. Mae'r cwmwl electron yn byw gan ei gyfraith annibynnol, nad yw'n talu sylw i ymddygiad y ddellten grisial. Mae'r crisialau sy'n cyflwyno bondiau ïonig a chofalent mwy traddodiadol, mae'r electronau fwy cysylltiedig â "eu" niwclysau. Ond mae eu bod yn rhydd i symud rhwng nodau cyfagos nag mewn nwy neu hylif.

priodweddau set solet, nid yn unig yr elfennau cemegol sydd ynddynt, ond hefyd y cymesuredd y trefniant o atomau mewn perthynas â'i gilydd. Yn yr enghraifft glasurol o strwythur carbon cynhyrchu graffit meddal, a'r llall - y deunydd naturiol anoddaf - diemwnt. Felly pa fath o gysylltiad, a chymesuredd y gell uned golygu llawer i gorff anhyblyg. Priodweddau'r solid ac mae'n datgelu hyn y mae'r effaith Mossbauer. Mae ei natur ei egluro fel a ganlyn: pob un o'r atomau mewn solid yn gysylltiedig.

quasiparticles cyfunol

Nawr, dychmygwch dellten tri-dimensiwn yn ddigon mawr. Ar gyfer y model halen mwyaf addas: Na a Cl eu lleoli yn y fertigau y ciwbiau, un ar ôl y llall. Os rhywsut cydio un atom a thynnu ef i dorri'r lle arferol o gydbwysedd, diolch i gysylltiad ddigon anhyblyg, ar ôl iddo dynnu yr atomau cyfagos. Cyfrifiadau yn dangos bod y newid yn y sefyllfa y craidd o leiaf unrhyw effaith sylweddol ar y cymdogion y trydydd gorchymyn. Mae hyn yn golygu os bydd y "cydio" sodiwm, a ddilynwyd tynnu atomau clorin cyfagos, atomau sodiwm ei ddilyn un haen pellaf clorin. Mae effaith hyn yn debygol o gael ei ymestyn i bob cyfeiriad. Fel arfer, dywedir fod y cymdogion perturbation bedwaredd-drefn yn ddibwys. Fodd bynnag, nid ydynt yn sero.

O ganlyniad, os rhywsut "guro" grisial cryfach (e.e. i anfon laser neu electron trawst iddo), bydd y ddellten grisial "tonnau". symudiad o'r fath ar y cyd pan fo llawer o atomau cyfagos yn y grisial ar yr un pryd yn symud yn teimlo, e.e. i fyny neu i lawr, a elwir phonons. Ar gael i ddisgrifio'r hyn yr effaith Mossbauer gyfer dymis, ni fyddwn yn mynd i mewn i fanylion a dim ond yn dweud wrthych fod y phonons ganfuwyd i ymddwyn gronynnau mor elfennol. Er enghraifft, mae eu ynni yn quantized, maent yn meddu momentwm donfedd ac yn gallu rhyngweithio â'i gilydd. Felly, a elwir yn phonons yn quasiparticles cyd. Mae eu nifer ac ansawdd y corff solet yn cael ei roi strwythur lle maent yn digwydd. Cyfrifwch y gall fod, gan wybod y maint, cymesuredd a mathau o atomau y gell uned. Ar y digwyddiad o phonon hefyd yn effeithio ar hyd a math y bondiau rhwng yr ïonau yn y ddellten grisial.

damcaniaeth band

Ers solid yn crynhoi ei holl electronau, ac mae'r orbitalau (ac felly eu ynni) Dylid hefyd cyffredinoli. Yn gyntaf, mae'n rhaid i ni gofio bod yr electronau yn perthyn i'r dosbarth hwn o ronynnau a elwir fermions. Fermi, Dirac a Pauli darganfod gyda'i gilydd y gall mewn un wladwriaeth fod yn y system, dim ond un gronyn o'r fath. Os byddwn yn dychwelyd at yr enghraifft o halwynau, pob grisial, yr ydym yn taenu cawl neu gig, sy'n cynnwys swm anhygoel o ïonau sodiwm a chlorid. Ac mae gan bob un ohonynt yr un nifer o electronau, sy'n cylchdroi ar orbitau union yr un fath. Sut gall hynny fod? Daw solid allan o'r sefyllfa fel a ganlyn: ynni pob electron cylchdroi o amgylch niwclews, ychydig yn wahanol i unrhyw electronau ynni eraill sy'n perthyn i'r un orbit o atom arall. Felly mae'n cael: yn y grisial yn bodoli lefelau egni o lawer dros ben sy'n wahanol i'w gilydd yn ddigon bach eraill i ffurfio ardal cywasgedig. Nid yw'r perturbations sy'n cyflwyno phonons bach oherwydd bod un ystodau atom yn gryf iawn. Mae'r holl sy'n bwysig yw'r cynnig ar y cyd yn ei gyfanrwydd. Felly, mae'r egni phonon, gan ei fod yn "toddi" ym maes ynni. Yn seiliedig ar hyn, a'r effaith Mossbauer.

graddfa electromagnetig

Mae symudiad gronynnau godir yn cyd-fynd â maes electromagnetig. Mae'r ffaith hon yn rhoi, er enghraifft, mae'r cwestiwn o pam un blaned a lloerennau yn eu meddu, tra bod eraill - peidio. Gall tonnau electromagnetig yn cael ei rannu'n ddosbarthiadau yn ôl eu amlder ac felly ynni. Mae'r ddwy nodwedd yn gydgysylltiedig ac yn dibynnu ar y donfedd. Beth yw effaith Mossbauer dim ond am gyfnod byr, ar yr amod bod y darllenydd yn deall ble raddfa electromagnetig ei leoli pelydriad gama. Felly, yn agor y raddfa tonnau awyr. Yn ddamcaniaethol cyfyngu ar eu thonfedd - dimensiynau bydysawd. Fodd bynnag, byddai'r ynni o ymbelydredd o'r fath fod mor fach fel ei bod yn amhosibl i gofrestru. amledd ychydig yn uwch yn yr ymbelydredd terahertz. Fodd bynnag, y mae, ac mae'r tonnau radio yn cael eu dilyn mewn amodau penodol iawn: ataliad o electronau mewn maes magnetig, dirgryniadau flexural o bolymerau, symudiad excitons yn y solid. Mwy eglur rhan nesaf y sbectrwm electromagnetig - yr ymbelydredd is-goch. Mae'n trosglwyddo egni mewn ffurf gwres. ynni hyd yn oed yn uwch o olau gweladwy. Mae hynny'n rhan o'r sbectrwm y mae'r llygad dynol yn gweld yn fach iawn o'i gymharu â'r raddfa gyfan.

Mae golau coch egni isaf, a phorffor - yr uchaf. Yn y cyswllt hwn, mae'n cael ei adnabod paradocs: y dŵr yn fwy oer yn cael ei nodi mewn glas, y mae ei egni yn uwch na hynny o olau coch. Yn dilyn hynny y rhan uwchfioled y raddfa electromagnetig eisoes â amledd digon uchel i dreiddio i mewn i solid. Er gwaethaf y ffaith bod pobl, fel creaduriaid byw eraill ar ein planed, peidiwch â gweld golau uwchfioled, ei bwysigrwydd ar gyfer y gweithrediad priodol organebau biolegol yn enfawr. Y brif ffynhonnell o astudio uwchfioled yn yr haul. ynni uwch a'r gallu i dreiddio lawer o sylweddau Mae pelydr-X. Y ffynhonnell o ymbelydredd o'r fath yw arafiad o electronau yn y meysydd electromagnetig. Gall yr electronau fod yn rhwymo, hy perthyn atomau ac am ddim. Mae'r dyfeisiau meddygol yn ddyfeisiau gan electronau rhydd. Yn olaf, mae'r caletaf a mwyaf tonfedd fer yw pelydriad gama.

pelydrau-X a gama

Mae angen Effaith Mossbauer a'i gymhwysiad mewn ffiseg a pheirianneg i wahaniaethu rhwng pelydrau gama a phelydrau-X. Gan lefel y ynni ac, yn unol â hynny, mae'r donfedd maent mewn ystod eang iawn o orgyffwrdd. Hynny yw, mae yna gama a phelydrau-X gyda thonfedd o 5 picometres. Dulliau gwahanol ar gyfer eu paratoi. Fel yr esboniwyd uchod, mae'r -ymbelydredd X yn digwydd pan arafiad o electronau. Ar ben hynny, mewn rhai prosesau (gan gynnwys niwclear) yn diflannu electron o'r gragen mewnol atom yn ddigon trwm, megis wraniwm. Fodd bynnag, mae electronau eraill yn tueddu i gymryd ei le. trawsnewidiadau o'r fath, ac yn dod yn ffynhonnell o belydrau-X. pelydrau Gamma yn ganlyniad y niwclews pontio o gyflwr gyffrous uwch. Mae hyn yn ymbelydredd o allu uchel treiddgar ac ionizes atomau y mae rhyngweithio. Yr hon pan fydd y pelydr gama gwrthdaro gyda niwclews atom, rhaid cael kickback fel y'u gelwir. Fodd bynnag, yn ymarferol mae'n troi allan fod y rhyngweithio o pelydrau gama gyda niwclews atom perthyn i'r corff anhyblyg, yr effaith ar goll. Esbonnir hyn gan y ffaith bod ynni ychwanegol, gan ei fod yn "taenu" gan fandiau electronig o'r grisial, gan greu phonon.

isotopau

effaith Mossbauer a'i gymhwysiad yn perthyn yn agos i'r un ffaith syndod: nid yw'r ffenomen yn gweithredu ar yr holl elfennau cemegol y tabl cyfnodol. Ar ben hynny, mae'n arwyddocaol yn unig ar gyfer rhai isotopau sylweddau. Os bydd y darllenydd yn cael ei anghofio yn sydyn beth Isotopau adalw. Mae'n hysbys bod unrhyw atom a roddir yn drydanol niwtral. Mae hyn yn golygu bod yng nghnewyllyn protonau positif gymaint ag yn y gragen electron. Fodd bynnag, mae'r craidd hefyd yn cynnwys niwtron, gronyn yn ddi-dâl. Os byddwch yn newid y rhif yn y cnewyllyn, nid niwtraliaeth trydanol yn cael ei sathru, ond eiddo yr atom newid ychydig. Yn ogystal, mae'n digwydd bod y isotop trymach yn ymbelydrol ac yn dueddol o bydredd, tra fater cyffredin yn eithaf sefydlog. Cryn rhestr o elfennau concrid a'u isotopau, sy'n cael eu nodweddu gan yr effaith Mossbauer. Canfod ⁵⁷ Fe, er enghraifft, yn cael ei ymddiried yn gyffredinol gan y ffenomen hon.

Mae'r defnydd o effeithiau cwantwm

profiad Cynhyrchu, sy'n cael ei gadarnhau gan un neu rhagdybiaeth eraill sy'n gysylltiedig â'r byd microsgopig, nid yw'n aml yn hawdd. Yn ogystal, nid yw'n glir pa fudd-daliadau y gall ddod â'r un effaith Mossbauer? Mae'r defnydd ohono, fodd bynnag, yn ddigon eang. Ymchwilio i briodweddau crisialog deunyddiau, amorffaidd solidau a phowdrau fân comminuted yn digwydd, gan gynnwys drwy hyn ffenomen cwantwm. mae angen data o'r fath yn eithaf pell oddi wrth yr adrannau ymarfer (ffiseg ddamcaniaethol), ac mewn disgyblaethau dyn yn agos iawn - megis meddygaeth. Felly, dylai'r effaith Mossbauer a'i ddefnydd yn cael ei ystyried fel enghraifft o ddarganfyddiad damcaniaethol, sy'n dod â llawer o fudd-daliadau, hyd yn oed mewn bywyd bob dydd.