Mossbauer athari: Athari za ugunduzi na umuhimu wake

mazungumzo makala kuhusu nini Mossbauer athari. Pia wazi dhana kama vile ngazi quantum nishati katika chembe na kiini atomia, imara na quasiparticle pamoja humo.

hisabati na furaha

mafanikio katika fizikia zilizotokea katika miaka kumi ya kwanza ya karne ya ishirini, wanasayansi alidai elimu kubwa katika hisabati. uvumbuzi wengi wamekuwa kuondolewa, hivyo kusema, kwa ncha ya kalamu: mwanzoni walikuwa mahesabu kinadharia na kisha kupatikana katika mazoezi.

Kwa mfano, kuwepo kwa mawimbi mvuto ilivyotabiriwa na Einstein katika 1910, walikuwa na uwezo wa kuthibitisha kimajaribio tu mwaka 2016. muungano wa nyota mbili nutroni imeunda nafasi mitikisiko kwamba nchi kavu fizikia hawakupata na fasta kwa kufungua enzi ya vipimo mvuto katika sayansi ya binadamu. Si ajabu mvuto zilizotajwa hapa: yaani kwa ajili ya masomo hayo ni Mossbauer athari thamani. Lakini hii ni tu na sio sheria. Mara nyingi, wananadharia na experimenters hatua juu ya visigino ya kila mmoja, utafiti mmoja alitoa kupanda kwa haja ya maelezo yake ya hisabati, na mbaya hitimisho kuwa dhana ya mpya, bado kupokea utegemezi. athari Mössbauer alikuwa mmoja wa matukio hayo. Kama "upande" uzushi ni dhana na Max Planck walionyesha katika mwisho wa 1900. Ni alisema kuwa katika dunia ya elektroni na viini atomia, kiasi wote wanaweza tu kuchukua maadili kipekee, yaani quantized. Na, kwa maoni yake, ilikuwa tu hila hisabati, ambayo alifanya kuhesabu rahisi. Hadi mwisho wa maisha yake aliamini kuwa quantum, au ndogo iwezekanavyo sehemu ya, kwa mfano, mwanga - tu njia ya kufaa kuelezea, si kufanya kubwa hisia za kimwili.

dunia quantum

Hata hivyo, wasomi wengine nia ya maelezo ya kutosha ya kinachoendelea kwa kiwango chembe, inachukuliwa uwezo wa vile hitimisho, na kuchukua nafasi ya kwamba kila kitu ni quantized. elektroni kuzunguka kiini inaweza kuwa kwenye baadhi tu ya mizunguko viini wenyewe kuwa tu na viwango vya nguvu maalum. Kuruka therebetween, viini kuzalisha gamma rays. athari Mossbauer anasema kuwa hatua lazima kuzalisha aina ya kurudi, lakini hii haina kutokea. Kwa ujumla, kiasi yote kuelezea tabia ya nanoworld ni chini ya quantization - yaani kisiri. Lakini usisahau kwamba kasi kwamba katika macrocosm ni walionyesha kama bidhaa ya kiwango cha wingi wa chembe ya msingi ni kitu kimsingi tofauti, ambayo ina maana kwamba yeye, pia, ni quantized. Hivyo kwamba ripoti ya sayansi ambayo Maks Plank inayotokana formula yake maarufu ambayo ina thamani ya h, au athari ndogo, kufunguliwa enzi mpya. Hii ilikuwa ni enzi ya quantum fizikia. Mossbauer athari, ufafanuzi, ambayo baadaye kutokana na hali hii, kuwa mmoja wa malengo muhimu zaidi ya sayansi ya karne ya ishirini.

ugunduzi wa Mossbauer athari

Kama ambavyo tumeona hapo juu, hitimisho nadharia akaenda mkono kwa mkono na majaribio. Baadhi hitimisho vitendo imeonekana juu ya mimea zilizokusanywa literally "juu ya goti" na nje ya vifaa chakavu. Wanasayansi wameweza si tu kuonyesha formula, lakini pia muhuri chupa, kukata bodi ya kufanya kazi na chuma na kukusanya ufungaji. Bila shaka, mkuu wa maabara tu muhtasari matokeo ya kata zao. Hata hivyo, kila mmoja majaribio pia mhandisi, vile vifaa zimeundwa kwa madhumuni maalum, na moja kwa moja katika mchakato wa utafiti. Nilikuwa hakuna ubaguzi na Mossbauer athari. Ufunguzi bila kuchukua nafasi kama ukaidi udaktari Rudolf Mossbauer hazijabadilika njia ya kupima kitengo baridi, badala ya inapokanzwa, kama wanashauriwa na msimamizi wa masomo.

imara

nadharia, ambayo tutakuambia wasomaji katika sehemu hii, inaonekana wazi katika mtazamo wa kwanza. Hata hivyo, kama inajulikana, rahisi siku zote inafikia juhudi ya ajabu. Na hivyo sisi ni sasa na uwezo wa kujua kwa maneno rahisi nini Mossbauer athari kwa Dummies halisi, aliwahi kufanya kazi maabara nzima.

Chini ya imara ni kawaida maana Dutu katika hali ya fuwele. viini ya atomi katika kesi hii kuunda kali mara kwa mara kimiani, ambapo elektroni katika viwango tofauti kwa muhtasari. Bila shaka, chuma fuwele sumu maalum sana chuma dhamana kwa njia ambayo kiini kuwepo kama kutengana na elektroni wa kawaida. elektroni wingu anaishi na sheria yake huru, si kulipa kipaumbele kwa tabia za kimiani kioo. fuwele ambayo sasa zaidi ya jadi ionic na covalent dhamana, elektroni kwa karibu zaidi ya kuhusishwa na "wao" viini. Lakini kuna ni bure kwa hoja katikati mwa vitengo jirani kuliko katika gesi au kioevu.

mali ya kuweka imara si tu mambo ya kemikali ambazo ni ndani yao, lakini pia ulinganifu wa mpangilio wa atomi jamaa na kila mmoja. Katika mfano classic ya muundo kaboni inazalisha grafiti baridi, na wengine - nyenzo ngumu ya asili - almasi. Hivyo ni aina gani ya uhusiano, na ulinganifu wa kiini kitengo na maana sana kwa mwili rigid. tabia za imara na ni kutoa taarifa ya nini Mossbauer athari. asili yake ni alielezea kama ifuatavyo: zote chembe katika imara zinahusiana.

quasiparticles pamoja

Sasa kufikiria kutosha kubwa pande tatu kimiani. Kwa mfano chumvi kufaa zaidi: Na na Cl ziko katika vipeo ya cubes, mmoja baada ya mwingine. Kama kwa namna fulani kunyakua chembe moja na kuvuta naye kuvunja nafasi ya mazoea ya usawa, kutokana na uhusiano wa kutosha rigid, baada kujiondoa jirani atomi. Hesabu zinaonyesha kuwa mabadiliko katika nafasi ya msingi ina angalau athari yoyote muhimu kwa majirani wa amri ya tatu. Hii ina maana kwamba kama "kunyakua" sodiamu, ikifuatiwa kujiondoa jirani atomi klorini, atomi sodiamu kumfuata moja ya nje kuliko safu ya klorini. athari ya hii ni uwezekano wa kupanuliwa katika pande zote. Kwa kawaida alisema kuwa ya nne ili perturbation majirani ni kidogo. Hata hivyo, si sifuri.

Kwa hiyo, kama kwa namna fulani "kubisha" kioo na nguvu (kwa mfano, kumpeleka laser au boriti elektroni), kioo kimiani mapenzi "mawimbi". Kama harakati ya pamoja wakati wengi jirani atomi katika kioo wakati huo huo kuhama kuhisi, kwa mfano, juu au chini, aitwaye phonons. Inapatikana kuelezea kile Mossbauer athari kwa vinyago, hatutaweza kwenda katika maelezo na kuwaambia tu kwamba phonons alionekana kuishi chembe kama msingi. Kwa mfano, nishati yao ni quantized, wao wamiliki wavelength kasi na wana uwezo wa kiutendaji na kila mmoja. Hivyo, phonons zinaitwa quasiparticles pamoja. idadi yao na ubora wa mwili imara anapewa muundo ambamo kutokea. Piga hesabu inaweza kuwa, kujua ukubwa, ulinganifu na aina ya atomi ya kiini kitengo. On tukio la phonon pia kuathiri urefu na aina ya dhamana kati ya ions katika kimiani kioo.

nadharia band

Kwa kuwa imara muhtasari elektroni yake yote, na orbitals (na hivyo nishati yao) lazima pia wa kawaida. Kwanza, ni lazima tukumbuke kwamba elektroni ni ya darasa hili chembe iitwayo fermions. Fermi, Dirac na Pauli pamoja iligundua kuwa katika hali moja inaweza kuwa katika mfumo, moja tu kama chembe. Tukirejea mfano wa chumvi, kila mmoja kioo, ambayo sisi kunyunyizia supu au nyama, inahusu kiasi cha kushangaza ya sodiamu na kloridi ions. Na kila mmoja wao ina idadi sawa ya elektroni, ambayo mzunguko juu ya mizunguko kufanana. Kwa nini Biblia inasema? imara kuja nje ya hali kama ifuatavyo: nishati ya kila elektroni inayozunguka karibu kiini, kidogo tofauti na yoyote elektroni nyingine nishati mali ya obiti hicho cha chembe nyingine. Hivyo kupatikana: katika kioo ipo viwango vya nguvu kubwa sana ambayo ni tofauti kutoka kwa kila mmoja kutosha ndogo na kuunda eneo USITUMIE. usumbufu ambayo kuanzisha phonons ndogo kwa sababu moja chembe ni kati si kali sana. Muhimu ni mwendo wa pamoja kwa ujumla. Kwa hiyo, phonon nishati, kama walikuwa "kufutwa" katika eneo la nishati. Kulingana na hii na Mossbauer athari.

sumakuumeme wadogo

harakati ya chembe kushtakiwa huambatana na shamba umeme. Jambo hili unaweka, kwa mfano, suala la kwa nini dunia moja na satelaiti wamiliki wao, wakati wengine - si. mawimbi ya umeme inaweza kugawa katika madarasa kulingana na mzunguko yao na kwa hiyo nishati. Dalili hizi mbili yanahusiana na hutegemea wavelength. Ni nini Mossbauer athari inaweza ufupi tu, mradi msomaji anaelewa ambapo sumakuumeme wadogo iko gamma mionzi. Kwa hiyo, kufungua airwaves wadogo. Kinadharia kikomo wavelength yao - vipimo ulimwengu. Hata hivyo, nishati ya mionzi hiyo itakuwa ni ndogo sana kwamba ni vigumu kujiandikisha. frequency juu kidogo katika terahertz mnururisho. Hata hivyo, ni, na mawimbi ya redio huonekana kwa hali maalum sana: kukandamiza elektroni katika uwanja magnetic, flexural mitikisiko ya polima, harakati ya excitons katika kigumu. Zaidi ya wazi sehemu ya pili ya wigo wa umeme - mionzi infrared. Uhamishaji nishati katika hali ya joto. nishati juu zaidi ya mwanga inayoonekana. Sehemu hiyo ya wigo kwamba jicho binadamu anaona ni ndogo sana ikilinganishwa na kiwango nzima.

Red mwanga ina nishati ya chini, na zambarau - kiwango cha juu. Kwa maana hii, inajulikana PARADOX: maji baridi zaidi unahitajika katika bluu, ambao nishati ni kubwa kuliko ile ya mwanga nyekundu. Kufuatia kwamba ultraviolet sehemu ya ukubwa sumakuumeme tayari ina frequency kutosha juu kupenya ndani kigumu. Licha ya ukweli kwamba watu, kama viumbe wengine wanaoishi katika dunia yetu, hawatambui mwanga ultraviolet, umuhimu wake kwa ajili ya utendaji mzuri wa viumbe kibiolojia ni kubwa sana. chanzo kikuu cha utafiti ultraviolet ni jua. Juu ya nishati na uwezo wa kupenya vitu wengi ina X-ray. chanzo cha mionzi vile ni deceleration ya elektroni katika mashamba ya umeme. elektroni inaweza kuwa wote amefungwa, yaani ni mali ya atomi na bure. vifaa tiba ni vifaa na elektroni bure. Hatimaye, toughest na wengi muda wimbi ni gamma mionzi.

Eksirei na gamma

Mossbauer athari na matumizi yake katika fizikia na uhandisi mahitaji kutofautisha kati rays gamma na X-rays. Na kiwango cha nishati na, kulingana, wavelength wako katika mbalimbali pana sana ya kuingiliana. Hiyo ni, kuna gamma na X-rays na wavelength ya 5 picometres. Njia tofauti kwa ajili ya maandalizi yao. Kama ilivyoelezwa hapo juu, X-mionzi hutokea wakati deceleration ya elektroni. Aidha, katika baadhi taratibu (ikiwa ni pamoja nyuklia) kutoweka elektroni kutoka kwa onyesho ndani kutosha nzito chembe, kama vile uranium. Hata hivyo, elektroni nyingine huwa na kuchukua nafasi yake. mabadiliko hayo, na kuwa chanzo cha X-rays. Gamma rays ni matokeo ya kiini transitions kutoka hali ya juu msisimko. mionzi hii ina uwezo high hupenya na ionizes atomi ambayo kuingiliana. Ambayo wakati gamma ray collides na kiini cha atomi, lazima kuwe na kinachojulikana kickback. Hata hivyo, katika mazoezi aligeuka kuwa mwingiliano wa gamma rays na kiini cha atomi mali na mwili rigid, athari haipo. Hii ni kuelezwa na ukweli kwamba nishati ya ziada, kama watu "smeared" na bendi ya elektroniki ya kioo, kujenga phonon.

isotopu

athari Mossbauer na matumizi yake ni karibu kuhusiana na ukweli moja ya kushangaza: jambo haina tendo juu mambo yote kemikali ya meza mara kwa mara. Aidha, ni muhimu tu kwa baadhi ya vitu isotopu. Kama msomaji ghafla umesahau Isotopu kukumbuka. Inajulikana kuwa chembe yoyote ni umeme upande wowote. Hii ina maana kwamba katika kiini ya protoni chanya kama ilivyo katika shell elektroni. Hata hivyo, msingi pia ina nutroni, chembe bila malipo. Ukibadilisha idadi katika kiini, umeme upande wowote si kukiukwa, lakini tabia za chembe iliyopita kidogo. Aidha, hutokea kwamba nzito isotopu ni mionzi na ni kukabiliwa na kuoza, wakati jambo kawaida ni imara kabisa. Kabisa orodha ya sehemu halisi na isotopu yao, ambayo ni sifa na Mossbauer athari. Kugundua ya ⁵⁷ Fe, kwa mfano, kwa jumla inayoaminika kwa jambo hili.

matumizi ya athari quantum

Mazao uzoefu, ambayo ni imara na moja au dhanio nyingine zinazohusiana na ulimwengu microscopic, ni mara nyingi si rahisi. Aidha, ni wazi faida gani unaweza kuleta athari sawa Mossbauer? matumizi yake, hata hivyo, ni mpana. Uchunguzi wa tabia za fuwele vifaa, amofasi yabisi na poda laini comminuted hutokea, ikiwa ni pamoja na kupitia jambo hili quantum. Takwimu hizo ni zinazohitajika katika haki mbali na sehemu ya mazoezi (kinadharia fizikia), na katika karibu sana na mtu taaluma - kama vile dawa. Hivyo, athari Mossbauer na matumizi yake ichukuliwe kuwa mfano wa ugunduzi wa nadharia, ambayo huleta mengi ya faida, hata katika maisha ya kila siku.