Мьосбауеровата ефект: ефекта от откритието и неговото значение

Преговорите за статия за това, ефектът Мьосбауеровата. Също е разкрито понятия като квантовите енергийни нива в атом и атомно ядро, твърда и колективно quasiparticle в него.

Математически забавно

Пробив по физика, която възникна през първото десетилетие на ХХ век, учените поискали сериозни познания в областта на математиката. Много открития са били оттеглени, така да се каже, на върха на писалката: отначало те са изчислени теоретично и след това се намери в практиката.

Например, наличието на гравитационни вълни прогнозирани от Айнщайн през 1910 г., са били в състояние да потвърди експериментално само през 2016. Сливането на две неутронни звезди е създал тремор пространство, което наземна физика хванат и фиксирани чрез отваряне на ерата на гравитационни измервания в науката на човечеството. Нищо чудно, че гравитацията е споменато тук: именно за такива проучвания е стойността на Мьосбауеровата ефект. Но това е по-скоро изключение, отколкото правило. Най-често, теоретици и експериментатори стъпка по петите на другия, едно проучване, довели до необходимостта от нейното математическо описание и неблагоприятен извод става допускането на нови, все още не са получени зависимости. Мьосбауеровата ефект е бил един от тези явления. Такива "страна" явление е предположението и Макс Планк изразена в края на 1900. Той каза, че в света на електрони и атомни ядра, всички количества, могат да вземат само дискретни стойности, което е квантувани. И, в собственото си мнение, че е само математическа трик, който направи изчисление по-лесно. До края на живота си той смята, че кванта, или най-малкото възможно част от, например, светлина - само подходящ начин да се опише, не носи сериозни физически смисъл.

В квантовия свят

Въпреки това, други учени, интересуващи се от адекватно описание на това какво се случва по скалата на атомите, смятат потенциала на такова заключение и го смятали за даденост, че всичко е квантувани. Електроните около ядрото могат да бъдат само на определени орбити ядра себе си може да има само определени нива на енергия. Пропускане между тях, ядра генерират гама лъчи. Мьосбауеровата ефект твърди, че искът трябва да произвежда един вид връщане, но това не се случи. Като цяло, всички количества, които описват поведението на наносвета подлежат на квантуване - това е дискретен. Но не забравяйте, че инерцията, че в макрокосмоса е изразено като продукт на скоростта на маса за елементарни частици е нещо коренно различна, което означава, че той също е квантувани. Така че този доклад наука, в която Макс Планк, получени известната си формула, която съдържа стойността на час, или минимален ефект, откри нова ера. Това е ерата на квантовата физика. Мьосбауеровата ефект, интерпретация, която по-късно бе дадена на това явление, са се превърнали в един от най-важните постижения на науката на ХХ век.

Откриването на ефекта Мьосбауеровата

Както отбелязахме по-горе, на теоретичните изводи вървяха ръка за ръка с експеримента. Някои практически изводи се оказаха на растения, събрани буквално "на коляното" и от отпадъчни материали. Учените са успели не само да се покаже формулата, но и колбата се затваря, нарязани на борда да се работи с метал и събиране на инсталацията. Разбира се, главата на лабораториите обобщава само резултатите от техните отделения. Въпреки това, всеки експериментатор е и един инженер, тъй като устройствата са предназначени за специфични цели, както и пряко в процеса на научните изследвания. Аз не беше изключение и ефектът Мьосбауеровата. Отвори няма да бъдат осъществени, ако упорит докторска Рудолф Мьосбауер не се промени начина на измерване на охладителя, вместо да го отопление, както се препоръчва от надзора на изследвания.

твърд

Теорията, която ще разкаже на читателите в този раздел, е ясно, на пръв поглед. Въпреки това, както е добре известно, лесен за винаги постига невероятни усилия. И така, сега сме в състояние да каже с прости думи какво Мьосбауеровата ефект за манекени буквално, след като е работил цялата лаборатория.

Под Твърдото вещество обикновено се означава вещество в кристално състояние. Ядрата на атомите в този случай образуват строг периодичен решетка, докато електроните в различна степен обобщени. Разбира се, метални кристали образувани много специфичен метален връзка, чрез която ядрото съществуват като да се отдели от общи електрони. Облакът от електрон живее със своята независима държава, не се обръща внимание на поведението на кристалната решетка. Кристалите, които представляват по-традиционни йонни и ковалентни връзки, електроните по-тясно свързани с "техните" ядра. Но има и те са свободни да се придвижват между съседните възли, отколкото в газ или течност.

Твърди определени свойства не само химични елементи, които са в тях, но също така и симетрия на подреждането на атомите един спрямо друг. В класическия пример на структура въглероден генерира мека графит, а другият - най-трудната естествен материал - диамант. Така че какъв тип връзка и симетрията на елементарната клетка означава много за твърдо тяло. Свойствата на твърдото вещество и е разкритието на което ефектът Мьосбауерова. Естеството се обясни по следния начин: всички от атомите в твърда са свързани.

колективни квазичастици

Сега си представете, достатъчно голяма триизмерна решетка. За модел най-подходяща сол: Na и Cl са разположени в върховете на кубчета, един след друг. Ако по някакъв начин вземете един атом и го издърпайте, за да се прекъсне обичайното място на баланс, благодарение на достатъчно твърда връзка, след като го извади съседните атоми. Изчисленията показват, че промяната в позицията на ядрото има най-малко значително въздействие върху съседите на третия ред. Това означава, че ако "вземете" натриев, последвано извади съседните хлорни атоми, натриеви атоми него след един най-външния слой на хлор. Въздействието на това е възможно да бъде удължен във всички посоки. Обикновено се казва, че съседите на четвърти порядък смущение са незначителни. Въпреки това, те не са нула.

Следователно, ако по някакъв начин "чук" кристално-силен (например, за да го изпрати лазерен или електронен лъч), кристалната решетка ще "вълни". Такова колективно движение, когато много съседни атоми в кристала едновременно изместват чувстват, например, нагоре или надолу, наречени фонони. Предлага се да се опише това, което Мьосбауеровата ефект за манекени, ние няма да навлизам в подробности и просто да ти кажа, че е намерено фононите да се държат като елементарни частици. Например, енергията им е квантувани, те притежават инерция дължина на вълната и са в състояние да си взаимодействат един с друг. По този начин, фононите са наречени колективни квазичастици. Техният брой и качество на твърдото тяло е дадена структура, в която те се случват. Изчислява тя може да бъде, знаейки, размера, симетрията и вида на атомите на единица клетка. При настъпването на фонон да повлияе продължителността и вида на връзки между йоните в кристалната решетка.

теория лента

Тъй като твърдо вещество обобщава всички електрони, и орбитите (и следователно тяхната енергия) също трябва да бъдат обобщени. Първо, трябва да се помни, че електроните принадлежат към този клас частици, наречени фермиони. Ферми, Дирак и Pauli заедно установено, че в едно състояние може да бъде в системата, само една такава частица. Ако се върнем към примера на соли, всеки кристал, който се поръсва супа или месо, съдържащ невероятно количество натриеви и хлорни йони. И всеки от тях има същия брой електрони, които се въртят в еднакви орбити. Как е възможно това? Твърд излиза от положението, както следва: енергията на всяка електронна орбита около ядрото, малко по-различен от всички други енергийни електрони, принадлежащи към същата орбитата на друг атом. Така получено: в кристала съществува изключително много енергийни нива, които се различават един от друг достатъчно малък, за да образуват компресиран област. На сътресения, които въвеждат фонони малък, защото един атом диапазони не са много силни. Всичко, което има значение, е колективно движение като цяло. Следователно енергия фонон, така да се каже "разтваря" в областта на енергия. Въз основа на това и ефектът Мьосбауеровата.

Електромагнитна мащаб

Движението на заредените частици се придружава от електромагнитно поле. Този факт поставя, например, на въпроса защо една планета и спътника ги притежават, а други - не. Електромагнитните вълни могат да се разделят на групи в зависимост от тяхната честота и следователно енергия. Тези две характеристики са взаимосвързани и зависят от дължината на вълната. Каква е Мьосбауеровата ефект само за кратко може, при условие, че читателят разбира, където електромагнитните мащаб се намира гама-лъчение. Така че, ще се отвори скалата на ефира. Теоретично ограничат дължина на вълната - размери свят. Въпреки това, енергията на такава радиация ще бъде толкова малка, че е невъзможно да се регистрирате. Малко по-висока честота на излъчване на terahertz. Въпреки това е и радиовълните се наблюдават в много специфични условия: инхибиране на електрони в магнитно поле, огъване вибрации на полимери, движението на excitons в твърдото вещество. По-ясно следващата част на електромагнитния спектър - инфрачервеното излъчване. Тя пренася енергия под формата на топлина. Дори и по-висока енергия от видимата светлина. Тази част от спектъра, че човешкото око вижда, е много малък в сравнение с цялата скала.

Червената светлина е най-ниската енергия, и лилаво - най-високата. В тази връзка, е известно парадокс: по-студена вода е показана в синьо, чиято енергия е по-висока от тази на червена светлина. След това ултравиолетовата част на електромагнитния скалата вече има достатъчно висока честота да проникнат в твърдо вещество. Независимо от факта, че хората, както и при другите живи същества на нашата планета, не възприемат ултравиолетова светлина, неговото значение за правилното функциониране на биологичните организми е огромен. Основният източник на ултравиолетова проучване е слънцето. По-висока енергийна и способността да прониква много вещества има рентгенова. Източникът на такова лъчение е отрицателното ускорение на електроните в електромагнитните полета. Електроните могат да бъдат както граница, т.е. принадлежат атоми и свободно. Медицинските изделия, са устройства от свободни електрони. Накрая, най-трудните и най-къса вълна е гама-лъчение.

Рентгенови лъчи и гама

Мьосбауеровата ефект и приложението му по физика и инженерство трябва да се прави разлика между гама-лъчи и рентгенови лъчи. От нивото на енергия и, съответно, с дължина на вълната те са в много широк диапазон на припокриване. Това означава, че е налице гама и рентгенови лъчи с дължина на вълната от 5 picometres. Различни методи за тяхното получаване. Както е обяснено по-горе, X-радиация се случва, когато забавянето на електрони. Освен това, в някои процеси (включително ядрено) изчезва електрон от вътрешната обвивка достатъчно тежък атом, като уран. Въпреки това, други електрони са склонни да заеме мястото му. Такива преходи, и се превръщат в източник на рентгенови лъчи. Гама лъчите са резултат от ядрото преминава от по-висока възбудено състояние. Това лъчение има способността висока проникваща и йонизира атоми, към които взаимодейства. Където, когато гама лъча се сблъсква с ядрото на атом, трябва да има т.нар откат. Въпреки това, в практиката се оказа, че взаимодействието на гама-лъчи с ядрото на атом, принадлежащ към неподвижното тяло, въздействието липсва. Това се обяснява с факта, че допълнителна енергия, тъй като това са "размазани" по електронен ленти на кристала, създавайки фонон.

изотопи

Мьосбауеровата ефект и приложението му е тясно свързана с един изненадващ факт: явлението не се произнася по всички химични елементи от периодичната таблица. Освен това е значително само за някои вещества изотопи. Ако читателят се изведнъж забравили какво изотопи изземване. Известно е, че всеки един атом е електрически неутрален. Това означава, че в ядрото на положителни протони колкото в електронна обвивка. Въпреки това, сърцевината също съдържа неутронен, частиците без заплащане. Ако промените броя на ядрата, електрически неутралност не е нарушено, но свойствата на атома и известна промяна. В допълнение, това се случва, че по-тежкият изотоп е радиоактивен и е склонен към гниене, а обикновената материя е доста стабилна. Доста списък на бетонни елементи и техните изотопи, които се характеризират с ефекта Мьосбауеровата. Откриване на ⁵⁷ Fe, например, обикновено се ползва с доверието на това явление.

Използването на квантовите ефекти

Produce опит, което се потвърждава и от една или друга хипотеза, свързана с микроскопичен свят, тя често не е лесно. Освен това, не е ясно какво може да донесе ползи същия ефект Мьосбауеровата? Използването на това, обаче, е достатъчно широк. Изследване на свойствата на кристални материали, аморфни твърди вещества и фино раздробени прахове случи, включително процедура квантово явление. Такива данни се изискват в доста отдалечени от секциите на практика (теоретична физика), и по много близо човека дисциплини - като лекарство. По този начин, ефектът Мьосбауеровата и употребата му трябва да се разглежда като пример за теоретично откритие, което носи много ползи, дори и в ежедневието.