Mossbauer efekts: ietekme uz atklājumu un tās nozīmi

Šīs raksts runā par to, ko Mossbauer efektu. Atklāja arī koncepcijas, piemēram, kvantu enerģijas līmeņu atoma un atomu kodolus, ciets un kolektīvās quasiparticle tajās.

matemātiskā jautri

Izrāviens fizikā, kas notika pirmajā desmitgadē divdesmitajā gadsimtā, zinātnieki pieprasīja nopietnas zināšanas matemātikā. Daudzi atklājumi ir atsaukts, tā sakot, uz galu pildspalvu: sākumā tie tika aprēķināti teorētiski un pēc tam konstatēja praksē.

Piemēram, pastāv gravitācijas viļņu prognozēja Einšteina 1910.gadā, varēja apstiprināt eksperimentāli tikai 2016. gadā. Divu neitronu zvaigznes apvienošana ir radījis grūdieni telpas, kas zemes fizika nozvejotas un fiksēto atverot ēru gravitācijas mērījumu zinātnē cilvēces. Nav šeit minēja brīnums smaguma: proti šādām studijām ir Mossbauer efekts vērtību. Bet tas ir izņēmums, nevis norma. Visbiežāk, teorētiķi un eksperimentētājiem soli viens otram uz papēžiem, viens pētījums radīja nepieciešamību tās matemātisko aprakstu un negatīvu secinājums kļūst pieņēmumu par jaunu, vēl nav saņēmuši atkarības. Mössbauer efekts bija viens no šādu parādību. Šāda "puse" fenomens ir pieņēmums un Maksa Planka pauda beigās 1900.. Tajā teikts, ka pasaulē elektronu un atomu kodoliem, visi lielumi var veikt tikai diskrētām vērtībām, kas ir kvantizēto. Un, savā atzinumā, tas bija tikai matemātisks triks, kas izgatavoti aprēķinot vieglāk. Līdz beigām savu dzīvi, viņš uzskatīja, ka kvantu vai mazākais iespējamais daļu, piemēram, gaismas - tikai piemērots veids, kā aprakstīt, neveic nopietnu fizisku sajūtu.

Kvantu pasaulē

Tomēr citi zinātnieki, kurus interesē atbilstošu aprakstu par to, kas notiek uz atzīmi no atomiem, uzskatīja potenciālu šāda secinājuma, un uzskatīja par pašsaprotamu, ka viss ir kvantizēto. Elektroni ap kodolu, var būt tikai daži orbītas kodolu paši var būt tikai īpašas enerģijas līmeni. Izlaižot bīdstie, kodolus radīt gamma stariem. Mossbauer efekts apgalvo, ka prasība ir ražot veida atgriešanos, bet tas nenotiek. Kopumā visi daudzumi, kas raksturo uzvedību nanoworld ir pakļauti kvantēšanas - tas ir diskrēta. Taču neaizmirstiet, ka impulss, ka visums ir izteikts kā blakusprodukts likmi masas uz elementāro daļiņu ir kaut kas pilnīgi atšķirīgs, un tas nozīmē, ka arī viņš ir kvantizēto. Tāpēc, ka zinātne ziņojums, kurā Maks Dēļu iegūta savu slaveno formulu, kas satur vērtību h, vai ir minimāla ietekme, atklāja jaunu ēru. Tas bija laikmets kvantu fizikā. Mossbauer efekts, interpretācija, kas vēlāk tika dots šo parādību, ir kļuvusi par vienu no svarīgākajiem atskaites punktiem zinātnes divdesmitajā gadsimtā.

Atklāšana Mössbauer efektu

Kā jau minēts iepriekš, teorētiskie secinājumi gāja roku rokā ar eksperimentu. Daži praktiski secinājumi pierādījuši uz augiem savākto burtiski "uz ceļa", un no metāllūžņu materiāliem. Zinātniekiem ir izdevies ne tikai parādīt formula, bet arī noslēgt kolbu, samazināt kuģa strādāt ar metālu un savākt instalēšanu. Protams, vadītājs laboratoriju apkopoti tikai par savu aizbilstamo rezultātus. Tomēr katrs eksperimentētājs arī bija inženieris, jo ierīces ir paredzētas īpašiem mērķiem, un tieši pētniecības procesā. Man nebija izņēmums un Mossbauer efekts. Atverot to nevarētu notikt, ja spītīgs Promocijas Rudolfs Mesbauers nav mainījusies metodi mērīt dzesēšanas vienību, nevis karsējot to, ko ir norādījis vadītājs pētījumu.

ciets

Teorija, ko mēs pastāstīt lasītājiem šajā sadaļā, šķiet skaidrs no pirmā acu uzmetiena. Tomēr, tā kā ir labi zināms, viegli vienmēr sasniedz neticami centienus. Un tā mēs tagad varam pateikt vienkāršiem vārdiem, ko Mossbauer efektu Dummies burtiski, kad strādāja visu laboratoriju.

Saskaņā ar cietā parasti nozīmēja vielu kristāliskā stāvoklī. Par atomiem šajā gadījumā kodolu veido stingru periodisku režģis, bet elektroni dažādās pakāpēs apkopoti. Protams, metāla kristāli veidojas ļoti specifisku metālisku saiti, caur kuru kodols pastāv, lai atdalītu no vispārējo elektroni. Elektronu mākonis dzīvo ar savu neatkarīgo likumu, nevis pievēršot uzmanību uzvedību kristāla režģi. Kristāli, kas rada vairāk tradicionālās jonu un kovalentas saites, elektroni vairāk cieši saistīta ar "to" kodolu. Bet viņi ir brīvi, lai pārvietotos starp kaimiņu mezglu nekā gāzes vai šķidruma.

Cietie komplekts īpašības ne tikai ķīmiskie elementi, kas ir viņos, bet arī simetrija izvietojuma atomiem attiecībā pret otru. Ar klasisku piemēru oglekļa struktūra rada mīkstu grafīta, un otrs - grūtāko dabas materiāls - dimanta. Tātad, kāda veida savienojumu, un simetrijas vienības šūnas nozīmē daudz uz cieta ķermeņa. Par cieto īpašības, un tas ir atklāšana, ko Mossbauer efektu. Tās būtība ir paskaidrots šādi: visi atomi stabila ir saistīti.

kolektīvās quasiparticles

Tagad iedomājieties pietiekami lielu trīsdimensiju režģi. Modelim visvairāk piemērota sāls Na un Cl atrodas virsotnes klucīši, viens pēc otra. Ja kaut paķert vienu atomu un velciet viņam lauzt ierasto vietu līdzsvaru, pateicoties pietiekami cieta savienojumu, pēc tam velk kaimiņu atomus. Aprēķini rāda, ka izmaiņas pozīciju pamatā ir vismaz nekādu būtisku ietekmi uz kaimiņvalstīm trešās secībā. Tas nozīmē, ka tad, ja "paķert" nātriju, kam velk kaimiņu hlora atomiem, nātrija atomiem pēc viņam vienu virskārtas hlora. No šī ietekme, visticamāk, tiks paplašināts visos virzienos. Tas parasti ir teikts, ka ceturtās kārtas perturbācija kaimiņi ir niecīgs. Tomēr tie nav nulle.

Līdz ar to, ja kaut kā "klauvēt" kristāls spēcīgāka (piemēram, lai nosūtītu viņam lāzera vai elektronu staru kūli), kristāla režģa būs "viļņiem". Šāda kolektīvā pārvietošanās, kad daudzi kaimiņu atomu kristāla vienlaicīgi maiņu jūtas, piemēram, uz augšu vai uz leju, ko sauc phonons. Pieejams lai aprakstītu to, ko Mossbauer efektu manekeni, mums nebūs iedziļināties un vienkārši pateikt jums, ka phonons tika konstatēts uzvesties kā elementāras daļiņas. Piemēram, viņu enerģija ir quantized, tiem piemīt viļņa apgriezienus un spēj mijiedarboties ar otru. Tādējādi phonons sauc kolektīvās quasiparticles. To skaits un cietā ķermeņa kvalitāte ir dota struktūra, kurā tie parādās. Aprēķināt tā var būt, zinot izmēru, simetriju un tipu atomu elementāršūnas. Iestājoties Phonon arī ietekmē garumu un veidu zīmju starp jonu kristāla režģi.

joslas teorija

Tā cieta apkopotas visas tās elektronus, un orbitālēm (un līdz ar to enerģija) ir vispārināt arī. Pirmkārt, mums ir jāatceras, ka elektroni pieder pie šīs klases daļiņas sauc fermions. Fermi, Diraks un Pauli kopā konstatēja, ka vienā valstī var būt sistēmā, tikai viens šāds daļiņu. Ja mēs atgrieztos piemēru sāļu, katra kristāla, kas mēs apkaisa zupa vai gaļa, kas satur neticami summa nātrija un hlorīda jonus. Un katrs no tiem ir tāds pats skaits elektroniem, kas rotē uz identiskiem orbītu. Kā to var? Cieta nāk ārā no situācijas šādi: enerģijas katras elektrons riņķo ap kodolu, nedaudz atšķiras no citiem enerģijas elektroniem, kas pieder pie tās pašas orbītā cita atoma. Līdz ar to iegūst: in kristāla eksistē ļoti daudz enerģijas līmeni, kas atšķiras viens no otra, ir pietiekami mazs, lai veidotu saspiestu zonu. Perturbācijas, kas īsteno phonons mazs jo viens atoms diapazoni nav ļoti spēcīga. Nozīme ir kolektīvs kustība kopumā. Tāpēc Phonon enerģiju, kā tas bija "izšķīdina", kas enerģētikas jomā. Pamatojoties uz šo un Mossbauer efektu.

Elektromagnētiskā skala

Par lādētu daļiņu kustība ir pievienots elektromagnētiskā lauka. Šis fakts liek, piemēram, jautājums, kāpēc viena planēta un satelīti tiem piemīt, bet citi - ne. Elektromagnētiskie viļņi var iedalīt kategorijās atkarībā no to biežuma un tādēļ enerģiju. Šīs divas īpašības ir savstarpēji saistītas un atkarīgas no viļņa garuma. Kas ir Mossbauer efektu var tikai īsumā, ar nosacījumu, ka lasītājs saprot, kurā elektromagnētiskā skala atrodas gamma starojumu. Tātad, atvērt radioviļņos skalu. Teorētiski ierobežot savu viļņu garums - Izmēri Visumu. Tomēr enerģijas šāda starojuma būtu tik mazs, ka tas ir iespējams, lai reģistrētos. Nedaudz augstāka frekvence ir terahertz starojumu. Tomēr, tas ir, un radio viļņus tiek novērota ļoti īpašiem nosacījumiem: inhibīcija elektroniem magnētiskajā laukā, lieces vibrācijas polimēru, kustību excitons In The solid. Vairāk skaidrs nākamā daļa no elektromagnētiskā spektra - infrasarkanais starojums. Tā nodod enerģiju siltumā. Pat augstākā enerģija redzamās gaismas. Tā ir daļa no spektra, ka cilvēka acs redz, ir ļoti mazs, salīdzinot ar visu skalas.

Sarkanā gaisma ir zemākā enerģija, un violeta - augstākais. Šajā sakarā, tas ir zināms paradokss: jo vairāk aukstā ūdens ir norādīts zilā krāsā, kuru enerģija ir lielāka nekā sarkanās gaismas. Pēc ka ultravioletais daļa no elektromagnētiskā skalas jau ir pietiekami augstu frekvenci iespiesties cietā. Neskatoties uz to, ka cilvēki, piemēram, citu dzīvo būtņu uz mūsu planētas, neuztver ultravioleto gaismu, tā nozīme pareizai darbībai bioloģisko organismu, ir milzīgs. Galvenais avots ultravioleto pētījums ir saules. Augstākā enerģija un spēja iekļūt daudzas vielas ir X-ray. Šādas starojuma avots ir palēninājums elektroni elektromagnētiskajiem laukiem. Elektroni var būt gan robeža, t.i. pieder atomus un bez. Medicīnas ierīces ir ierīces, ar brīvo elektronu. Visbeidzot, toughest un visvairāk īsviļņu ir gamma starojums.

Rentgena un gamma

Mossbauer efekts un tā pielietojums fizikas un inženierzinātņu vajadzībām, lai atšķirtu gamma stariem un rentgena stariem. Ar enerģijas līmeni un, attiecīgi, viļņa tie ir ļoti plašs pārklājas. Tas nozīmē, ka ir gamma un rentgena stari ar viļņa garumu 5 picometres. Dažādas metodes to sagatavošanai. Kā paskaidrots iepriekš, X-starojums rodas, kad palēninājums elektroniem. Turklāt dažos procesos (tai skaitā kodolenerģiju) pazūd elektronu no iekšpuses apvalks ir pietiekami smags atoms, piemēram, urāna. Tomēr citi elektroni mēdz ieņemt viņa vietu. Šādi pārejas, un kļūt avots rentgena stariem. Gamma stari ir rezultāts kodola pārejām no augstāka ierosinātā stāvoklī. Šis starojums ir augsts iekļūst spējas un ionizes atomi, uz kuriem iedarbojas. Pie kam tad, kad gamma ray satiekas ar kodolu atoma, ir jābūt tā saukto atsitiena. Tomēr praksē izrādījās, ka mijiedarbība gamma staru ar kodolu atoma pieder pie cieta ķermeņa, ietekme ir pazudis. Tas ir skaidrojams ar to, ka papildus enerģija, jo tas bija "izsmērēta" elektroniski joslas kristāla, radot Phonon.

izotopi

Mossbauer efekts un tā piemērošana ir cieši saistīta ar kādu pārsteidzošu faktu: šī parādība nav iedarbojas uz visiem ķīmisko elementu periodiskā tabula. Turklāt, tas ir nozīmīgs tikai dažām vielām izotopiem. Ja lasītājs ir pēkšņi aizmirsuši to izotopi atsaukšanu. Ir zināms, ka jebkura atoms ir elektriski neitrāls. Tas nozīmē, ka kodolā pozitīvo protoniem, kā daudz kā elektronu čaulas. Tomēr kodols satur arī neitronu, daļiņu bez maksas. Ja jūs mainīt numuru kodolā, elektrisko neitralitāte nav pārkāpts, bet īpašības atoma nedaudz mainījusies. Turklāt, tā gadās, ka smagāka izotops radioaktīvs, un ir pakļauti pūšanas, bet parasta lieta ir diezgan stabils. Diezgan saraksts no betona elementu un to izotopu, kas ir raksturīgs ar to Mossbauer efektu. Atklāšana ⁵⁷ Fe, piemēram, parasti uzticas šo parādību.

Kvantu efektu izmantošana

Produce pieredze, ko apstiprina ar vienu vai otru hipotēzi, kas saistīta ar mikroskopisku pasaulē, tas bieži vien nav viegli. Turklāt nav skaidrs, kādi ieguvumi var dot tādu pašu efektu Mossbauer? Par to izmantošanu, tomēr ir pietiekami plaša. Pētīšana īpašību kristālisko materiālu, amorfo cietas vielas un smalki sasmalcinātu pulveri notiek, tai skaitā, izmantojot šo kvantu parādību. Šādi dati ir nepieciešami diezgan tālu no prakses sekcijām (teorētiskā fizika), un ļoti tuvu cilvēku disciplīnām - piemēram, medicīnā. Tādējādi Mossbauer efekts, un tās izmantošana ir jāuzskata par piemēru teorētiskās atklājumu, kas apvieno daudz labumu, pat ikdienas dzīvē.