/ / Mossbauerio efektas: poveikio ir jo prasmės atradimas

Mossbauerio efektas: poveikis ir jo prasmė

Straipsnyje kalbama apie tai, ką Mösbauer'io poveikio. Taip pat atskleidžiamos tokios sąvokos kaip kvantinė, atominės ir atominės branduolio energijos lygis, kietasis kūnas ir kolektyvinės kvazialelės.

Matematinė įdomus

Mössbauer poveikis

Proveržis fizikoje, kuris įvyko pirmojeXX a. dešimtmetis reikalavo iš mokslininkų rimtų matematikos žinių. Buvo atlikta daug atradimų švirkštimo priemonės antgalyje: jie pirmą kartą buvo skaičiuojami teoriškai ir vėliau tikėtini praktikoje.

Pvz., Gravitacinių bangų buvimas,1910 m. Einšteino prognozuojami eksperimentai galėjo patvirtinti tik 2016 m. Dviejų neutronų žvaigždžių sujungimas sukėlė kosmoso drebėjimą, kurį užfiksavo ir užfiksavo antžeminiai fizikai, atvėrę gravitacinių matavimų erą žmonijos moksle. Čia nėra paminėta gravitacija: tokiems tyrimams, kad Mössbauer poveikis yra reikšmingas. Bet tai yra daugiau išimtis nei taisyklė. Dažniausiai teoretikai ir eksperimentai išsiplėtė vienas ant kito kulniukams: vienas tyrimas sukėlė matematinio apibūdinimo poreikį, o šalutinės išvados buvo prielaida apie naujas, dar nepasiektas priklausomybes. Mossbauerio efektas pasirodė toks vienas iš tokių reiškinių. Toks "atsitiktinis" reiškinys buvo Max Planckio prielaida, išreikšta 1900 m. Pabaigoje. Jis sakė, kad elektronų ir branduolių pasaulyje visi kiekiai gali būti tik diskrecinių verčių, ty kvantinių. Be to, jo paties įsitikinimu tai buvo tik matematinis triukas, dėl kurio skaičiavimai buvo patogesni. Iki jo gyvenimo pabaigos jis tikėjo, kad kvantas arba mažiausias galimas dalis, pvz., Šviesa, yra tik tinkamas aprašymas, kuris neturi rimtos fizinės reikšmės.

Kvantinė pasaulis

Mossbauerio efektas ir jo taikymas

Tačiau įdomūs ir kiti mokslininkaitinkamas aprašymas, kas vyksta atomo skalėje, laikomas potencialu tokio išvada ir paėmė už aksiomą, kad viskas yra kvantinė. Elementai aplink branduolius gali būti tik tam tikruose orbitose, o atominiai branduoliai gali turėti tik tam tikrus energijos lygius. Šokinėja tarp jų, branduoliai generuoja gama kvantai. Mössbauerio poveikis tvirtina, kad šis veiksmas turėtų sugebėti sugrįžti, tačiau taip nėra. Apskritai, visi kiekiai, apibūdinantys nanodalelės elgseną, priklauso nuo kvantavimo - ty atskiro. Tačiau neturėtume pamiršti, kad impulsas, kuris makroekomene išreiškiamas kaip masės produktas greičiui, elementariosios dalelės yra iš esmės kitokios, todėl taip pat yra kvantinė. Taigi moksle, ataskaita, apie kurią Maxas Planckas atsiuntė savo garsią formulę, turinčią h reikšmę, arba minimalus veiksmas, atvėrė naują erą. Tai buvo kvantinės fizikos era. Mossbauerio efektas, vėliau išaiškintas šis reiškinys, tapo vienu svarbiausių XX a. Mokslo ženklų.

Mossbauerio efekto atradimas

Mössbauer poveikis manekenams

Kaip minėta pirmiau, teorinės išvadosvyko kartu su eksperimentu. Kai kurios praktinės išvados buvo patvirtintos įrenginiuose, surinktuose tiesiai "ant kelio" ir improvizuotų medžiagų. Mokslininkai turėjo sugebėti ne tik gauti formulę, bet ir suvirinti svogūnus, pjaustyti lentes, dirbti su metalu ir surinkimo gamyklomis. Žinoma, laboratorijų vadovai tik apibendrino savo padalinių rezultatus. Tačiau kiekvienas eksperimentas taip pat buvo inžinierius, nes įrenginiai buvo skirti konkretiems tikslams ir tiesiogiai atlikti tyrimus. Mössbauerio efektas nebuvo išimtis. Atidarymo tai nebūtų buvę, jei atkaklus doktorantas Rudolfas Messbaweris nepakeitė matavimo būdų, aušinęs įrenginį, o ne šildo, kaip nurodė vadovas.

Kietas kūnas

Mossbauerio efekto vertė

Teorija, apie kurią mes pasakysime skaitytojamsskyrius, iš pirmo žvilgsnio atrodo suprantamas. Tačiau, kaip žinote, lengvumas visada pasiekiamas neįtikėtinomis pastangomis. Taigi, kad dabar mes galime papasakoti, ką Mössbauer'as sukelia virduliai tiesiogine prasme, kai visos laboratorijos dirbo.

Kieta medžiaga paprastai suprantama kaip medžiagakristalinėje būsenoje. Tokiu atveju atomų branduoliai sudaro griežtą periodinę grotelę, o elektronai yra daugiau ar mažiau apibendrinami. Žinoma, metaliniuose kristaluose susidaro labai specifinė metalinė jungtis, dėl kurios branduoliai egzistuoja kaip atskirai nuo apibendrintų elektronų. Elektroninis debesis gyvena pagal savo nepriklausomus įstatymus, o ne atkreipia dėmesį į kristalų grotelių elgesį. Kristaluose, kuriuose yra daugiau tradicinių joninių ir kovalentinių ryšių, elektronai yra glaudžiau susiję su "jų" branduoliais. Tačiau net ir ten jie judesys laisviau tarp kaimyninių mazgų nei dujų ar skysčio.

Kietosios savybės yra nurodytos ne tikjuose esantys cheminiai elementai, bet ir atomų tarpusavio vienetų simetrija. Klasikiniame anglies pavyzdyje viena struktūra sukuria minkštą grafitą, o kita - tai sunkiausia natūrali medžiaga, deimantai. Taigi jungties tipas ir elementariosios ląstelės simetrija daug reiškia kietą. Kieto kūno savybes atskleidžia Mossbauerio efektas. Jo prigimtis paaiškinama taip: visi atomai kietoje yra sujungti.

Kolektyvinės kvazialelės

Mössbauer poveikis

Dabar įsivaizduokite gana didelętrimatis grotelės. Pavyzdžiui, tinkamiausia yra druska: Na ir Cl yra kubelių viršūnėse, pakeičiant vienas kitą. Jei kažkaip užfiksuokite vieną atomą ir traukite jį, pereikite iš įprastos pusiausvyros vietos, nes pakankamai standus ryšys bus gretimų atomų. Skaičiavimai rodo, kad vienos branduolio padėties pasikeitimas bent jau turi tam tikrą reikšmingą poveikį trečiosios tvarkos kaimynams. Tai reiškia, kad jei jūs "paimkite" natrį, už jo užtrauksite gretimus chloro atomus, po jo natrio azotas ir dar vieną tolimiausią chloro sluoksnį. Poveikis, be abejo, skleis visomis kryptimis. Paprastai sakoma, kad kaimynų ketvirtos eilės pasipiktinimas yra nereikšmingas. Tačiau jie nėra lygūs nuliui.

Todėl, jei kažkaip "trankyti"kristalų stipresnis (pvz, siųsti jį lazerio arba elektronų pluošto), kristalas grotinės bus "bangos". Tokie kolektyviniai judėjimas, kai daugelis kaimyninių atomų kristalo vienu metu perkelti pajusti, pvz, aukštyn arba žemyn, vadinamas fononams. Galima apibūdinti tai, ką Mösbauer'io poveikis žaliems, mes neisiu į detales ir tiesiog pasakyti, kad fononų buvo nustatyta, kad elgtis taip, kaip elementariąsias daleles. Pavyzdžiui, jų energija yra kvantifikuojama, jie turi bangos ilgį, impulsą ir gali sąveikauti vienas su kitu. Taigi, fononai vadinami kolektyvinėmis dalimis. Jų kiekį ir kokybę nustato kietojo kūno struktūra, kurioje jie kyla. Galite tai apskaičiuoti, žinodami dydį, simetriją ir atomų tipus vienetinėje ląstelėje. Fononų išvaizda taip pat priklauso nuo ilgių ir tipų ryšių tarp kristalų grotelių esančių jonų.

Zona teorija

Mossbauerio efekto interpretacija

Kadangi kietas kūnas apibendrina visus savo elektronus,tuomet orbitaliai (ir taigi ir jų energija) taip pat turėtų būti apibendrinti. Pirmiausia turime prisiminti, kad elektronai priklauso šiai dalelių grupei, kuri vadinama fermionais. Fermis, Diracas ir Pauli kartu sužinojo, kad vienoje būsenoje tik viena tokio tipo dalelė gali egzistuoti tam tikroje sistemoje. Jei mes grįšime prie druskos pavyzdžio, tada kiekvienas kristalas, su kuriuo mes pabarstame sriubą ar mėsą, yra neįtikėtinas natrio ir chloro jonų kiekis. Ir kiekvienas iš jų turi tokį patį elektronų skaičių, kuris sukasi vienodais orbitais. Kaip būti? Kietoji pozicija palieka tokią padėtį: kiekvieno elektrono, besiribojančio su branduoliu, energija yra šiek tiek kitokia nei bet kurio kito elektrono, priklausančio tai pačiai kito atomo orbitai, energijos. Taigi pasirodo, kad kristale yra neįtikėtinai daug energijos lygių, kurie yra tokie skirtingi, kad sudaro suspaustą zoną. Sugadinimai, kuriuos sukelia fononai, yra nedideli, nes vienas atomas nesikeičia labai stipriai. Vertė yra tik bendras kolektyvinis judėjimas. Todėl fonono energija "ištirpsta", kaip ir grupės juostoje. Tai yra Mossbauerio efekto pagrindas.

Elektromagnetinis skalė

Pridedamas dalelių judesyselektromagnetinio lauko išvaizda. Pavyzdžiui, šis faktas kelia klausimą, kodėl viena planeta ir jos palydovai ją turi, o kiti to nedaro. Elektromagnetinės bangos paprastai skirstomos į klases pagal jų dažnumą ir atitinkamai energiją. Šios dvi savybės yra tarpusavyje susijusios ir priklauso nuo bangos ilgio. Koks Mossbauer poveikis gali būti trumpai apibūdinamas tik tuo atveju, jei skaitytojas supranta, kur gama spinduliuotė yra elektromagnetinio skalėje. Taigi, atidarykite radijo bangų skalę. Teoriškai jų bangos ilgis yra visatos dydis. Tačiau tokios emisijos energija būtų tokia maža, kad jos negalima užregistruoti. Šiek tiek didesnis teraherto spinduliuotės dažnis. Tačiau ir tai, ir radijo bangos yra stebimos labai konkrečiomis sąlygomis: elektronų lėtėjimas magnetiniame lauke, polimerų lenkimo virpesiai, eksiktonų judėjimas kietoje medžiagoje. Ši elektromagnetinio spektro dalis yra suprantamesnė: infraraudonoji spinduliuotė. Jis perduoda energiją šilumos forma. Matomos spinduliuotės energija yra dar didesnė. Žmogaus akyje suvokto spektro dalis yra labai maža, palyginti su visa skale.

Mössbauer poveikis

Raudona šviesa praleidžia mažiausią energiją, irvioletinė - didžiausia. Dėl to yra žinomas paradoksas: šaltesnis vanduo yra pažymėtas mėlyna spalva, kurios energija yra didesnė nei raudonos spinduliuotės energijos. Kita elektromagnetinio sklaidos ultravioletinė dalis jau pakankamai aukšta, kad prasiskverbtų į kietą kūną. Nepaisant to, kad žmonės, kaip ir kitos mūsų planetos gyvosios būtybės, nesuvokia ultravioletinių spindulių, jos reikšmė normaliam biologinių organizmų veikimui yra milžiniška. Pagrindinis ultravioletinių spindulių šaltinis yra Sun. Didesnė energija ir sugebėjimas įsiskverbti į daugelį medžiagų yra rentgeno spinduliai. Tokios spinduliuotės šaltinis yra elektronų lėtėjimas elektromagnetiniuose laukuose. Šiuo atveju elektronai gali būti abu sujungti, ty jie priklauso atoms ir yra laisvi. Medicinos prietaisuose yra laisvųjų elektronų prietaisai. Galiausiai gama spinduliavimas yra pats sunkiausias ir trumpiausias bangos ilgis.

Rentgeno ir gama

Mossbauerio efektas ir jo taikymas fizikoje irtechnologija reikalauja atskirti gama spindulius ir rentgeno spindulius. Dėl energijos lygio ir, atitinkamai, bangos ilgio, jie labai sutampa. Tai yra gama ir rentgeno spinduliuotė, kurios bangos ilgis yra 5 pikometrai. Yra įvairių būdų juos gauti. Kaip jau buvo paaiškinta pirmiau, rentgeno spinduliavimas vyksta tada, kai elektronai yra sulėtėję. Be to, kai kuriuose procesuose (įskaitant branduolinius procesus) elektronas dingsta iš vidinio pakankamai sunkiojo atomo, pavyzdžiui, urano, apvalkalo. Tokiu atveju kiti elektronai linkę užimti savo vietą. Tokie perėjimai tampa rentgeno spinduliuotės šaltiniu. Gama kvantos yra pačios branduolio perėjimų iš labiau sužadintos būklės rezultatas. Ši spinduliuotė turi didelį skvarbą ir jonizuoja azotas, su kuriomis jis sąveikauja. Šiuo atveju, kai gama kvantas susiduria su atomo branduoliu, turi būti vadinamasis atsitraukimas. Tačiau praktikoje buvo nustatyta, kad gama-kvantumo sąveika su atomo branduoliu, priklausančiu kietam kūnui, nėra atsitraukimo. Tai paaiškinama tuo, kad papildoma energija "išplaunama" per elektronines kristalo zonas, tokiu būdu generuojant fononą.

Izotopai

Mossbauerio efektas ir jo taikymas yra glaudžiai susijęsu vienu nuostabiu faktu: šis reiškinys neturi įtakos visiems periodinės lentelės cheminiams elementams. Be to, tai svarbu tik tam tikriems cheminių medžiagų izotopams. Jei skaitytojas staiga pamiršo, kas yra izotopas, prisiminkime. Yra žinoma, kad bet kuris atskiras atomas yra elektra neutralus. Tai reiškia, kad teigiamų protonų branduolys yra tas pats, kas elektronų korpuse. Tačiau branduolyje taip pat yra neutronų, dalelių be mokesčio. Jei mes pakeisime jų skaičių branduolyje, elektrodizmacija nebus pažeista, tačiau tokio atomo savybės šiek tiek pasikeis. Be to, atsitinka taip, kad sunkesnis izotopas yra radioaktyvus ir linkęs suskaidyti, o įprasta medžiaga yra visiškai stabilus. Elementų ir jų izotopų, kuriems būdingas Mossbauerio efektas, sąrašas yra visiškai konkretus. Aptikimas 57Pavyzdžiui, Fe paprastai paprastai pasitiki šiuo reiškiniu.

Kvantinių efektų naudojimas

Atlikite eksperimentą, kuriame jis arKita hipotezė, susijusi su mikrografu, dažnai yra sudėtinga. Be to, neaišku, kokia nauda gali turėti tą patį Mossbauer poveikį? Tačiau prašymas yra gana platus. Kristalinių medžiagų, amorfinių kietų dalelių ir smulkiai susmulkintų miltelių savybių tyrimai, taip pat atliekami naudojant šį kvantinį reiškinį. Tokie duomenys reikalingi tiek pakankamai tose srityse, kur yra praktika (teorinė fizika), tiek labai artima disciplina - pavyzdžiui, medicina. Taigi Mossbauerio efektas ir jo taikymas turėtų būti laikomi teorinio atradimo pavyzdžiu, kuris teikia daug naudos net kasdieniame gyvenime.

</ p>>
Skaityti daugiau: