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Effetto Mossbauer: l'effetto della scoperta e il suo significato

L'articolo parla di ciò che l'effetto Mossbauer. Anche descritto concetti come livelli quantici energia in un atomo e un nucleo atomico, solidi e quasiparticella collettiva ivi.


divertimento matematica

Un passo avanti nella fisica che si è verificato nel primo decennio del XX secolo, gli scienziati ha chiesto una seria conoscenza in matematica. Molte scoperte sono stati ritirati, per così dire, sulla punta della penna: in un primo momento sono stati calcolati teoricamente e poi si trovano in pratica.

Ad esempio, l'esistenza di onde gravitazionali previste da Einstein nel 1910, sono stati in grado di confermare sperimentalmente solo nel 2016. La fusione di due stelle di neutroni ha creato spazio tremori che la fisica terrestre catturato e fissato aprendo l'era delle misurazioni gravitazionali nella scienza dell'umanità. Non c'è da stupirsi gravità menzionati qui: vale a dire per tali studi è il valore effetto Mossbauer. Ma questa è l'eccezione piuttosto che la regola. Il più delle volte, i teorici e sperimentatori passo sulla vicenda tacchi, uno studio ha dato origine alla necessità della sua descrizione matematica, e la conclusione sfavorevole diventa l'assunzione di nuovi, non ancora ricevuto dipendenze. effetto mössbauer era uno di tali fenomeni. Tale fenomeno "lato" è l'assunzione e la Max Planck espresso alla fine del 1900. Si dice che nel mondo degli elettroni e nuclei atomici, tutte le quantità possono assumere solo valori discreti, cioè quantizzato. E, a suo parere, è stato solo un trucco matematico, che ha reso più facile il calcolo. Fino alla fine della sua vita ha creduto che il quantum, o la più piccola porzione possibile di, per esempio, la luce – unico modo adatto a descrivere, non portare un grave senso fisico.

Il mondo quantistico

Tuttavia, altri studiosi interessati a un'adeguata descrizione di ciò che accade sulla scala degli atomi, considerato il potenziale di una tale conclusione, e ha preso per scontato che tutto è quantizzato. Gli elettroni intorno al nucleo possono essere solo su alcune orbite nuclei stessi possono avere solo livelli di energia specifici. Saltando essi, nuclei generano raggi gamma. effetto Mossbauer sostiene che il ricorso dovrebbe produrre una sorta di ritorno, ma questo non accadrà. In generale, tutte le quantità che descrivono il comportamento del nanomondo sono soggette alla quantizzazione – che è discreto. Ma non dimenticate che la quantità di moto che nel macrocosmo si esprime come il prodotto del tasso di messa a particelle elementari è qualcosa di fondamentalmente diverso, il che significa che anche lui, è quantizzato. Quindi, tale relazione la scienza in cui il Maks Plank deriva la sua famosa formula che contiene il valore di h, o un effetto minimo, ha aperto una nuova era. Questa era l'epoca della fisica quantistica. Mossbauer effetto, l'interpretazione, che è stato successivamente dato a questo fenomeno, sono diventati una delle più importanti pietre miliari della scienza del ventesimo secolo.

La scoperta dell'effetto Mössbauer

Come abbiamo osservato in precedenza, le conclusioni teoriche sono andati di pari passo con l'esperimento. Alcune conclusioni pratiche dimostrato di piante raccolti letteralmente "sul ginocchio" e fuori di materiali di scarto. Gli scienziati sono stati in grado di visualizzare non solo la formula, ma anche sigillare il pallone, tagliare il bordo di lavorare con il metallo e raccogliere l'installazione. Naturalmente, il capo dei laboratori riassume solo i risultati dei loro reparti. Tuttavia, ogni sperimentatore era anche ingegnere, i dispositivi sono progettati per scopi specifici, e direttamente nel processo di ricerca. Ero non fa eccezione e l'effetto Mossbauer. Apertura non avverrebbe se un dottorato tenace Rudolf Mossbauer non cambiato il metodo di misurazione dell'unità di raffreddamento, invece che riscaldarlo, come consigliato dal supervisore degli studi.

solido

La teoria, che diremo ai lettori in questa sezione, appare chiaro a prima vista. Tuttavia, come è noto, facile da raggiunge sempre gli sforzi incredibili. E così ora siamo in grado di dire con parole semplici cosa l'effetto Mossbauer for Dummies letteralmente, una volta che ha lavorato l'intero laboratorio.

Sotto il solido è solitamente intende una sostanza in uno stato cristallino. I nuclei di atomi in questo caso formano un reticolo periodico rigoroso, mentre gli elettroni in vari gradi riassunti. Naturalmente, cristalli metallici formati molto specifico legame metallico attraverso il quale il nucleo esiste da separare dagli elettroni generalizzate. La nube di elettroni vive dal suo legale indipendente, non prestando attenzione al comportamento del reticolo cristallino. I cristalli che presentano legami più tradizionali ionici e covalenti, gli elettroni più strettamente legato al "loro" nuclei. Ma ci sono liberi di muoversi tra i nodi vicini che in un gas o liquido.

Imposta proprietà solide non solo gli elementi chimici che sono in essi, ma anche la simmetria della disposizione degli atomi rispetto all'altra. Nel classico esempio di una struttura di carbonio genera grafite morbida, e l'altro – il materiale più duro naturale – diamante. Quindi, che tipo di connessione e la simmetria della cella elementare significare molto per un corpo rigido. Le proprietà del solido ed è la divulgazione di ciò che l'effetto Mossbauer. La sua natura è spiegato come segue: tutti gli atomi in un solido sono associati.

quasiparticelle collettivi

Ora immaginate un sufficientemente grande reticolo tridimensionale. Per il modello più adatto sale: Na e Cl si trovano nei vertici dei cubi, uno dopo l'altro. Se in qualche modo afferrare un atomo e tirarlo per rompere il luogo abituale di equilibrio, grazie ad un collegamento sufficientemente rigido, dopo aver tirato i atomi vicini. I calcoli mostrano che la variazione della posizione del nucleo ha almeno un impatto significativo sui vicini del terzo ordine. Ciò significa che se il "afferrare" sodio, seguita tirato confinanti atomi di cloro, atomi di sodio seguirlo uno strato più esterno di cloro. L'impatto di questo è probabile che sia estesa in tutte le direzioni. Si è soliti dire che i vicini perturbazione quarto ordine sono trascurabili. Tuttavia, essi non sono pari a zero.

Di conseguenza, se in qualche modo "knock" cristallo forte (ad esempio, gli invia un fascio laser o di elettroni), il reticolo cristallino volontà "onde". Tale movimento collettivo quando molti atomi vicini nel cristallo spostano simultaneamente sentire, per esempio, su o giù, chiamato fononi. Disponibile per descrivere ciò che l'effetto Mossbauer per i manichini, non entrare nei dettagli e solo dirvi che i fononi è stato trovato a comportarsi come le particelle elementari. Ad esempio, la loro energia è quantizzata, possiedono slancio lunghezza d'onda e sono in grado di interagire con l'altro. Così, i fononi sono chiamati quasiparticelle collettivi. Il loro numero e la qualità del corpo solido è dato una struttura in cui si verificano. Calcolare può essere, conoscendo la dimensione, simmetria e tipi di atomi della cella elementare. Al verificarsi di fonone influenzare anche la lunghezza e il tipo di legami tra gli ioni nel reticolo cristallino.

teoria delle bande

Poiché solido riassume tutti i suoi elettroni, e gli orbitali (e quindi la loro energia) dovrebbe anche essere generalizzata. In primo luogo, dobbiamo ricordare che gli elettroni appartengono a questa classe di particelle chiamate fermioni. Fermi Dirac e Pauli insieme scoperto che in uno stato può essere nel sistema, una sola di tali particelle. Se torniamo all'esempio di sali, ogni cristallo, il quale cospargere zuppa o carne, comprendente una quantità incredibile di ioni sodio e cloro. E ciascuno di essi ha lo stesso numero di elettroni che ruotano su orbite identici. Come può essere? Un solido viene fuori la situazione come segue: l'energia di ogni elettrone orbitante attorno al nucleo, un po 'diverso da qualsiasi altro elettroni energia appartenenti alla stessa orbita di un altro atomo. Così ottenuto: nel cristallo esiste livelli energetici estremamente molto che differiscono tra loro sufficientemente piccolo per formare un'area compresso. Le perturbazioni che introducono fononi piccola perché uno gamme atomo non sono molto forti. Tutto ciò che conta è il moto collettivo nel suo complesso. Pertanto, l'energia fonone, per così dire "sciolto" nel settore dell'energia. Sulla base di questo e l'effetto Mossbauer.

scala elettromagnetica

Il movimento di particelle cariche è accompagnato da un campo elettromagnetico. Questo fatto pone, ad esempio, la questione del perché un pianeta e dei satelliti li possiedono, mentre altri – no. Le onde elettromagnetiche possono essere suddivisi in classi secondo la frequenza e quindi di energia. Queste due caratteristiche sono interconnessi e dipendono dalla lunghezza d'onda. Qual è l'effetto Mossbauer può solo brevemente, a condizione che il lettore capisce dove le dimensioni elettromagnetico si trova radiazioni gamma. Quindi, aprire la scala di onde radio. limitare teoricamente loro lunghezza d'onda – dimensioni dell'universo. Tuttavia, l'energia di tale radiazione sarebbe così piccola che è impossibile registrare. Leggermente superiore frequenza nella radiazione terahertz. Tuttavia, è, e si osservano le onde radio in condizioni molto specifiche: inibizione di elettroni in un campo magnetico, vibrazioni flessionali di polimeri, il movimento di eccitoni nei solidi. Più chiaro successiva parte dello spettro elettromagnetico – la radiazione infrarossa. Esso trasferisce energia sotto forma di calore. Ancora più elevata energia di luce visibile. Quella parte dello spettro che l'occhio umano vede è molto piccola rispetto a tutta la scala.

La luce rossa ha l'energia più basso, e viola – il più alto. A questo proposito, è noto paradosso: l'acqua più fredda è indicato in blu, la cui energia è superiore a quella della luce rossa. Seguendo che la porzione ultravioletta della scala elettromagnetico ha già una frequenza sufficientemente elevata per penetrare in un solido. Nonostante il fatto che le persone, come le altre creature viventi sul nostro pianeta, non percepiscono la luce ultravioletta, la sua importanza per il corretto funzionamento degli organismi biologici è enorme. La principale fonte di studio ultravioletta è il sole. Più alta energia e la capacità di penetrare molte sostanze è X-ray. La fonte di tale radiazione è la decelerazione di elettroni nei campi elettromagnetici. Gli elettroni possono essere sia legato, cioè appartengono atomi e libera. I dispositivi medici sono dispositivi di elettroni liberi. Infine, il più duro e più a onde corte è radiazione gamma.

Raggi X e gamma

effetto Mossbauer e la sua applicazione in fisica e ingegneria deve distinguere tra raggi gamma e raggi X. Dal livello di energia e, di conseguenza, la lunghezza d'onda sono in una gamma molto ampia di sovrapposizione. Cioè, v'è una gamma e raggi X con una lunghezza d'onda di 5 picometri. Diversi metodi per la loro preparazione. Come spiegato sopra, la radiazione X si verifica quando la decelerazione di elettroni. Inoltre, in alcuni processi (compreso il nucleare) scompare elettrone dal guscio interno sufficientemente pesante atomo, come l'uranio. Tuttavia, altri elettroni tendono a prendere il suo posto. Tali transizioni e diventa una sorgente di raggi X. I raggi gamma sono il risultato del nucleo passa da uno stato superiore eccitato. Questa radiazione ha una elevata capacità di penetrazione e ionizza atomi a cui interagisce. In cui quando il raggio gamma collide con il nucleo di un atomo, ci deve essere un cosiddetto contraccolpo. Tuttavia, nella pratica si è scoperto che l'interazione dei raggi gamma con il nucleo di un atomo appartenente al corpo rigido, l'impatto è mancante. Ciò si spiega con il fatto che l'energia supplementare, per così dire "spalmato" da bande elettroniche del cristallo, creando un fonone.

isotopi

effetto Mossbauer e la sua applicazione è strettamente legato a quello fatto sorprendente: il fenomeno non agisce su tutti gli elementi chimici della tavola periodica. Inoltre, è importante solo per alcune sostanze isotopi. Se il lettore viene improvvisamente dimenticato cosa isotopi richiamo. E 'noto che un dato atomo è elettricamente neutro. Ciò significa che nel nucleo di protoni positivi per quanto nel guscio elettronico. Tuttavia, il nucleo contiene anche un neutrone, particella senza carica. Se si modifica il numero nel nucleo, la neutralità elettrica non è violato, ma le proprietà dell'atomo ha cambiato un po '. Inoltre, accade che l'isotopo più pesante è radioattivo ed è incline a decadere, mentre la materia ordinaria è abbastanza stabile. Piuttosto un elenco di elementi in calcestruzzo e dei loro isotopi, che si caratterizzano per l'effetto Mossbauer. Rilevamento di 57 Fe, per esempio, è generalmente attendibile da questo fenomeno.

L'uso di effetti quantistici

Produce l'esperienza, che è confermato da una o l'altra ipotesi relative al mondo microscopico, spesso non è facile. Inoltre, non è chiaro quali vantaggi può portare lo stesso effetto Mossbauer? L'uso di esso, però, è abbastanza ampio. Studio delle proprietà di cristallini materiali amorfi solidi e polveri finemente sminuzzati si verifica, anche attraverso detto fenomeno quantistico. Tali dati sono necessari abbastanza lontana dalle sezioni di pratica (fisica teorica), e in molto vicino uomo discipline – come la medicina. Pertanto, l'effetto Mossbauer e il suo uso deve essere considerato come un esempio di scoperta teorica, che porta un sacco di vantaggi, anche nella vita di tutti i giorni.