efecto Mössbauer: el efecto del descubrimiento y su significado

El artículo habla de lo que el efecto Mössbauer. También se describen los conceptos tales como niveles cuánticos de energía en un átomo y un núcleo atómico, sólido y cuasipartícula colectiva en la misma.

diversión matemática

Un gran avance en la física que se produjo en la primera década del siglo XX, los científicos exigía un conocimiento serio en matemáticas. Muchos descubrimientos han sido retiradas, por así decirlo, en la punta de la pluma: en un primer momento se han calculado teóricamente y luego encontrado en la práctica.

Por ejemplo, la existencia de las ondas gravitacionales predichas por Einstein en 1910, fueron capaces de confirmar experimentalmente sólo en 2016. La fusión de dos estrellas de neutrones ha creado temblores espacio que física terrestre atrapado y fijado por la apertura de la era de las mediciones gravitatorias en la ciencia de la humanidad. No es de extrañar la gravedad mencionado aquí: es decir, para este tipo de estudios es el valor del efecto Mössbauer. Pero esta es la excepción y no la regla. Muy a menudo, los teóricos y experimentadores pisan los talones del otro, un estudio dio lugar a la necesidad de su descripción matemática, y la conclusión adversa se convierte en la asunción de nuevas dependencias, no se ha recibido aún. efecto Mössbauer fue uno de tales fenómenos. Tal fenómeno "lado" es la suposición y el Max Planck expresó al final de 1900. Se dice que en el mundo de los electrones y núcleos atómicos, todas las cantidades sólo pueden tomar valores discretos, que se cuantifica. Y, en su opinión, era sólo un truco matemático, lo que hizo más fácil de calcular. Hasta el final de su vida se cree que la cuántica, o la parte más pequeña posible de, por ejemplo, la luz – única forma adecuada para describir, no llevar un sentido físico grave.

El mundo cuántico

Sin embargo, otros investigadores interesados en una descripción adecuada de lo que está sucediendo en la escala de los átomos, considerados el potencial de esa conclusión, y daban por sentado que todo está cuantificado. Los electrones alrededor del núcleo pueden ser sólo en ciertas órbitas los núcleos sí solo puede tener niveles de energía específicos. Saltarse entre los mismos, los núcleos generan rayos gamma. efecto Mössbauer alega que el recurso debe producir una especie de retorno, pero esto no sucederá. En general, todas las cantidades que describen el comportamiento del nanomundo están sujetos a la cuantización – que es discreta. Pero no hay que olvidar que el impulso que en el macrocosmos se expresa como el producto de la velocidad de la masa de las partículas elementales es algo fundamentalmente diferente, lo que significa que él, también, se cuantifica. De manera que la ciencia informe en el que la Maks Plank deriva su famosa fórmula que contiene el valor de h, o un efecto mínimo, ha abierto una nueva era. Esta fue la época de la física cuántica. Mössbauer efecto, la interpretación, que fue dada más adelante a este fenómeno, se han convertido en uno de los hitos más importantes de la ciencia del siglo XX.

El descubrimiento del efecto Mössbauer

Como hemos señalado anteriormente, las conclusiones teóricas iban de la mano con el experimento. Algunas conclusiones prácticas probadas en las plantas recogidas literalmente "sobre la rodilla" y con materiales de desecho. Los científicos han sido capaces de mostrar no sólo la fórmula, pero también sellar el frasco, cortar la tabla para trabajar con metales y reunir la instalación. Por supuesto, el jefe de los laboratorios sólo se resumen los resultados de sus salas. Sin embargo, cada experimentador era también un ingeniero, ya que los dispositivos están diseñados para fines específicos, y directamente en el proceso de investigación. Yo no era la excepción y el efecto Mössbauer. La apertura no tendría lugar si un doctorado obstinada Rudolf Mossbauer no cambió el método de medición de la unidad de refrigeración, en lugar de calentarla, según lo aconsejado por el supervisor de estudios.

sólido

La teoría, que vamos a decir a los lectores en esta sección, parece evidente a primera vista. Sin embargo, como es bien sabido, fácil logra siempre esfuerzos increíbles. Y lo que ahora son capaces de decir en palabras sencillas lo que el efecto Mössbauer para los maniquíes, literalmente, una vez trabajó todo el laboratorio.

Bajo el sólido generalmente se entiende una sustancia en un estado cristalino. Los núcleos de los átomos en este caso forman una estricta red periódica, mientras que los electrones en diversos grados resumen. Por supuesto, los cristales metálicos formados enlace metálico muy específico a través del cual existe el núcleo como se separe de electrones generalizadas. La nube de electrones vive por su derecho independiente, sin prestar atención al comportamiento de la red cristalina. Los cristales que presentan enlaces iónicos y covalentes más tradicionales, los electrones más estrechamente asociados con "sus" núcleos. Pero ahí están libres para moverse entre los nodos vecinos que en un gas o líquido.

propiedades sólido conjunto no sólo los elementos químicos que se encuentran en ellos, sino también la simetría de la disposición de los átomos respecto a la otra. En el ejemplo clásico de una estructura de carbono genera grafito blando, y el otro – el material natural más duro – diamante. Entonces, ¿qué tipo de conexión, y la simetría de la celda unitaria significar mucho para un cuerpo rígido. Las propiedades del sólido y es la divulgación de lo que el efecto de Mössbauer. Su naturaleza se explica como sigue: todos los átomos en un sólido están asociados.

cuasi-partículas colectivos

Ahora imaginar una suficientemente grande red tridimensional. Para el modelo de sal más adecuada: Na y Cl se encuentran en los vértices de los cubos, uno tras otro. Si de alguna manera agarrar un átomo y tirar de él para romper el lugar habitual de equilibrio, gracias a una conexión suficientemente rígida, después de que se sacó los átomos vecinos. Los cálculos muestran que el cambio en la posición del núcleo tiene al menos un impacto significativo en los vecinos de la tercera orden. Esto significa que si el "agarrar" de sodio, seguido sacó vecinos átomos de cloro, átomos de sodio lo siguiente capa más externa de cloro. El impacto de esto es probable que se extienda en todas las direcciones. Se suele decir que los vecinos de perturbación de cuarto orden son insignificantes. Sin embargo, no son cero.

En consecuencia, si de alguna manera "knock" cristal más fuerte (por ejemplo, que le envía un haz de láser o de electrones), la red cristalina voluntad "ondas". Tal movimiento colectivo cuando muchos átomos vecinos en el cristal se desplazan simultáneamente sentir, por ejemplo, arriba o abajo, llamado fonones. Disponible para describir lo que el efecto Mössbauer para los maniquíes, no vamos a entrar en detalles y simplemente le dicen que se encontraron los fonones a comportarse como partículas elementales. Por ejemplo, su energía está cuantizada, poseen impulso de longitud de onda y son capaces de interactuar entre sí. Por lo tanto, los fonones son llamados cuasi-partículas colectivos. Su número y calidad de la masa sólida se da una estructura en la que se encuentran. Calcula que puede ser, sabiendo el tamaño, simetría y tipos de átomos de la celda unidad. En la ocurrencia de fonones también afectan a la longitud y el tipo de enlaces entre los iones en la red cristalina.

teoría de bandas

Desde sólido resume todos sus electrones, y los orbitales (y por tanto su energía) debe también ser generalizada. En primer lugar, hay que recordar que los electrones pertenecen a esta clase de partículas llamadas fermiones. Fermi, Dirac y Pauli juntos encontraron que en un estado puede estar en el sistema, sólo uno de tales partículas. Si volvemos al ejemplo de sales, cada cristal, que espolvoreamos sopa o carne, que comprende una increíble cantidad de iones sodio y cloruro. Y cada uno de ellos tiene el mismo número de electrones, que giran en órbitas idénticas. ¿Cómo puede ser eso? Un sólido sale de la situación de la siguiente manera: la energía de cada electrón en órbita alrededor del núcleo, un poco diferente de cualquier otro electrones energéticos que pertenecen a la misma órbita de otro átomo. Por lo tanto, obtiene: en el cristal existe niveles de energía extremadamente mucho que difieren el uno del otro lo suficientemente pequeña para formar un área comprimido. Las perturbaciones que introducen fonones pequeño porque uno rangos átomo no son muy fuertes. Lo único que importa es el movimiento colectivo en su conjunto. Por lo tanto, la energía del fonón, por así decirlo "disuelve" en el área de la energía. Basado en esto y el efecto Mossbauer.

escala electromagnética

El movimiento de las partículas cargadas se acompaña de un campo electromagnético. Este hecho pone, por ejemplo, a la pregunta de por qué un planeta y satélites poseen ellos, mientras que otros – no. Las ondas electromagnéticas pueden subdividirse en clases de acuerdo con su frecuencia y por lo tanto la energía. Estas dos características están interconectados y dependen de la longitud de onda. ¿Cuál es el efecto Mössbauer puede sólo brevemente, siempre que el lector entiende que la escala se encuentra electromagnética radiación gamma. Por lo tanto, abre la escala de ondas. Teóricamente limitar su longitud de onda – dimensiones universo. Sin embargo, la energía de dicha radiación sería tan pequeña que es imposible registrar. Ligeramente más alta frecuencia en la radiación de terahercios. Sin embargo, es, y las ondas de radio se observan en condiciones muy específicas: la inhibición de electrones en un campo magnético, las vibraciones de flexión de polímeros, el movimiento de los excitones en el sólido. Más clara siguiente parte del espectro electromagnético – la radiación infrarroja. Se transfiere energía en forma de calor. Aún mayor energía de la luz visible. Esa parte del espectro que ve el ojo humano es muy pequeña en comparación con toda la escala.

La luz roja tiene la energía más baja, y púrpura – el más alto. A este respecto, se sabe paradoja: el agua más fría está indicada en azul, cuya energía es mayor que la de la luz roja. Después de que la porción ultravioleta de la escala electromagnética ya tiene una frecuencia suficientemente alta para penetrar en un sólido. A pesar del hecho de que las personas, al igual que otros seres vivos en nuestro planeta, no perciben la luz ultravioleta, su importancia para el buen funcionamiento de los organismos biológicos es enorme. La principal fuente de estudio ultravioleta es el sol. Mayor energía y la capacidad de penetrar muchas sustancias tienen la radiografía. La fuente de tal radiación es la desaceleración de los electrones en los campos electromagnéticos. Los electrones pueden ser tanto unido, es decir, pertenecen átomos y libre. Los dispositivos médicos son dispositivos de electrones libres. Por último, el más duro y el más corto de la onda es la radiación gamma.

Los rayos X y gamma

efecto Mössbauer y su aplicación en la física y la ingeniería necesita distinguir entre los rayos gamma y rayos-X. Por el nivel de energía y, en consecuencia, la longitud de onda que se encuentran en una gama muy amplia de solapamiento. Es decir, hay una gamma y rayos X con una longitud de onda de 5 picómetros. Diferentes métodos para su preparación. Como se explicó anteriormente, la radiación de rayos X se produce cuando la desaceleración de electrones. Por otra parte, en algunos procesos (incluyendo nuclear) desaparece electrón de la cáscara interior átomo suficientemente pesado, tal como el uranio. Sin embargo, otros electrones tienden a ocupar su lugar. Tales transiciones, y se convierten en una fuente de rayos-X. Los rayos gamma son el resultado del núcleo pasa de un estado excitado superior. Esta radiación tiene una alta capacidad de penetración y ioniza átomos a los que interactúa. En el que cuando el rayo gamma choca con el núcleo de un átomo, debe haber un denominado retroceso. Sin embargo, en la práctica resultó que la interacción de los rayos gamma con el núcleo de un átomo perteneciente al cuerpo rígido, el impacto no se encuentra. Esto se explica por el hecho de que la energía adicional, por así decirlo "manchado" por bandas electrónicas del cristal, la creación de un fonón.

isótopos

Mössbauer efecto y su aplicación está estrechamente relacionado con el hecho sorprendente: el fenómeno no actúa sobre todos los elementos químicos de la tabla periódica. Además, es significativo sólo para algunas sustancias isótopos. Si el lector se olvida pronto lo isótopos de recuerdo. Se sabe que cualquier átomo dado es eléctricamente neutro. Esto significa que en el núcleo de protones positivos tanto como en la capa de electrones. Sin embargo, el núcleo también contiene un neutrón, partícula sin carga. Si cambia el número en el núcleo, la neutralidad eléctrica no es violada, pero las propiedades del átomo ha cambiado ligeramente. Además, sucede que el isótopo más pesado es radiactivo y es propensa a la descomposición, mientras que la materia ordinaria es bastante estable. Muy a una lista de elementos de hormigón y sus isótopos, que se caracterizan por el efecto de Mössbauer. La detección de ⁵⁷ Fe, por ejemplo, es generalmente de confianza para este fenómeno.

El uso de los efectos cuánticos

experiencia de los productos, lo cual es confirmado por una u otra hipótesis relacionada con el mundo microscópico, a menudo no es fácil. Además, no está claro qué beneficios puede traer el mismo efecto Mössbauer? El uso de la misma, sin embargo, es lo suficientemente amplia. Investigación de las propiedades de los cristalinos materiales, amorfos sólidos y polvos finamente divididos se produce, incluso a través de este fenómeno cuántico. Se requiere que dichos datos en bastante distante de las secciones de práctica (física teórica), y en muy cercanos hombre disciplinas – tales como la medicina. Por lo tanto, el efecto Mössbauer y su uso debe ser considerado como un ejemplo de descubrimiento teórico, que aporta una gran cantidad de beneficios, incluso en la vida cotidiana.