Эффект Мессбауэра

Ефeкт Мессбaуера – физическое явление резонансного поглощения гамма-излучения атомов в твердом теле. Эффект назван в честь Рудольфа Мессбауэра, который в 1957 разработал метод наблюдения резонансного поглощения. Используется для изучения энергетических уровней атомного ядра.
Ядро изолированного атома не поглощает гамма-кванты той же энергии, что и передатчик. Причина этого в том, что при большой энергии фотона нельзя пренебрегать потерей энергии на отдачу ядра. Излучая гамма-квант, ядро по закону сохранения импульса должно двигаться в противоположном направлении. Поглощая гамма-квант, ядро вбирает в себя его импульс и движется в том же направлении. В оптическом диапазоне энергия отдачи маленькая, и атомы обычно поглощают на той же частоте, что и излучают.
Потеря энергии на отдачу равна

,

где E R – потеря энергии, E ? – энергия гамма-кванта, M – масса ядра, c – скорость света в пустоте. Видно, что потери обратно-пропорциональны массе ядра.
Идея эксперимента Мессбауэра в том, чтобы использовать твердое тело вместо изолированного атома. В твердом теле, например, кристалле, благодаря квантовым явлениям, движение атомов приобретает коллективного характера. Энергия отдачи передается не отдельным атомам, а колебаниям всего кристалла – фононами. Как следствие, масса, которая получает отдачу, значительно возрастает, уменьшая потери энергии. Таким образом становится возможным поглощение ядром гамма-кванта, который образовался в результате излучения идентичного ядра.
Небольшую разницу в энергиях, что остается даже при коллективной отдачи, можно компенсировать благодаря эффекту Доплера, передвигая источник и излучатель друг относительно друга с небольшой скоростью. Мессбауеривськи спектры обычно приводятся в зависимости от этой скорости.
Мессбауеривська спектроскопия является одним из методов материаловедения, тонким инструментом, который позволяет определить химические характеристики окружения радиоактивных атомов. Чаще всего она использует ядра 57 Fe.