Mössbauerov efekt

Mössbauerov efekt je efekt rezonancijske apsorpcije gama zračenja bez uzmaka atomskih jezgara. Otkrio ga je 1957. godine njemački fizičar Rudolf Mössbauer te mu je za to otkriće dodijeljena Nobelova nagrada za fiziku 1961. godine.

Opis

Sredinom 20. stoljeća nuklearni su fizičari pokušavali u praksi provesti ideju da bi rezonancijska apsorpcija gama zračenja trebala biti analogna optičkoj rezonantnoj fluorescenciji, tj. da bi gama zračenje emitirano od strane radioaktivnog izvora trebalo potaknuti inverzni proces nuklearne rezonancijske apsorpcije u apsorberu koji se sastoji od jezgara istog tipa kao što su jezgre koje se nalaze u izvoru zračenja. Dva su fizikalna parametra odgovorna za razliku između ta dva slučaja, tj. zašto je rezonancijska apsorpcija u slučaju elektronskih prijelaza lako ostvariva, a u slučaju nuklearnih prijelaza dolazi do poteškoća.

Prvo, vrijeme života pobuđenih atomskih nivoa je relativno kraće te je prirodna širina linija energijske raspodjele (Γ ≈ 10^-5 eV) puno veća u usporedbi s nuklearnim nivoima (Γ ≈ 10^-9 eV). Ove vrijednosti proizlaze iz Heisenbergovog principa neodređenosti prema kojemu je prirodna širina energijske linije povezana sa vremenom života τ nuklearnog stanja relacijom Γτ = h. Razlika još izraženija ako uzmemo u obzir omjer prirodne širine linije i njene energije (Γ/E_gama ≈ 10^-14 za nuklearne, a Γ/E_el ≈ 10^-5 za elektronske prijelaze). Takva oštrina linija nuklearnih prijelaza ima utjecaj na slabije preklapanje pripadnih emisijskih i apsorpcijskih linija, što je preduvjet za rezonancijsku apsorpciju.

Drugo, pri emisiji ili apsorpciji elektromagnetskog zračenja mora biti zadovoljen zakon očuvanja količine gibanja $E/c=Mv$

gdje je E energija emitiranog ili apsorbiranog zračenja, c brzina svjetlosti, a v brzina koju postiže masa M koja emitira/apsorbira zračenje. Iz toga slijedi da pri emisiji zračenja emitirajuća masa dobiva energiju uzmaka:

$E_{R}={\frac {E_{\gamma }^{2}}{2Mc^{2}}}$

Prema tome, energija uzmaka je puno veća za nuklearne prijelaze (E_gama ≈ 10⁵ eV, E_R ≈ 10^-3 eV), nego za prijelaze u elektronskim nivoima atoma (E_el ≈ 1 eV, E_R ≈ 10^-11 eV). Posljedica toga je smanjenje energije emitiranog kvanta zračenja za iznos energije uzmaka. Na ovaj se način, energija emitiranog kvanta zračenja, tj. emisijska linija, pomiče prema nižoj vrijednosti od energije nuklearnog prijelaza, dok se apsorpcijska linija pomiče prema višoj energiji za isti iznos E_R, što je razlog neuspjeha pri pokušaju postizanja rezonancijske apsorpcije nuklearnog gama zračenja

Nedovršeni članak Mössbauerov efekt koji govori o fizici treba dopuniti. Dopunite ga prema pravilima Wikipedije.