Рудольф мессбауэр

Введение

Рис. 1

Резонансное ядерное поглощение (ядерная резонансная флуоресценция), явление, которое долгое время не удавалось обнаружить. Затруднения связывали с эффектом отдачи, предполагая, что испущенный при ядерном распаде гамма-квант передаёт часть своего импульса как излучающему ядру, так и поглощающему. Из-за отдачи не удавалось наблюдать совмещение невозмущённых линий излучения и поглощения, они всегда расходились на величину, превышающую их ширины (рис.1). Доказательством справедливости такого подхода считалось применение доплеровского смещения частоты линий испускания с помощью быстрого сближения источника с приемником. Однако такие опыты создавали трудность при измерении малых изменений энергии, т.к. результаты опытов зависели от точности измерений скорости привода.

Первую ядерную резонансную флуоресценцию в статическом состоянии (при неподвижном источнике и поглотителе) удалось обнаружить Рудольфу Мёссбауэру. Снизив температуру источника и приемника, он тем самым попал без доплеровской подстройки на резонансную частоту поглощения гамма-квантов. Поскольку энергия при испускании и поглощении не уменьшалась и не рассеивалась, то объяснение данному явлению он нашел в том, что отдача в момент испускания и поглощения импульса отсутствует, а точнее – передается всему кристаллу. Поэтому и называется данный эффект без отдачи.

Все последователи настолько увлеклись тонкими измерениями, которые дает эффект Мёссбауэра, что уже не вникали в суть данного резонанса, и все как один в своих публикациях повторяли, что отдача при испускании и поглощении гамма-квантов передается всему кристаллу.

Проанализировав работы разных авторов, особенно с дисперсными системами, когда кристалл низведен до размеров наночастицы, я пришел к выводу, что отдача, как таковая, вообще отсутствует. Мало того, если существовала бы отдача, то мёссбауэрская спектроскопия тонкодисперсных материалов была бы не возможна из-за их малого веса. Энергия отдачи просто отбрасывала бы частицы в противоположную сторону, в результате эффект Мёссбауэра был бы не возможен.

Поэтому считаю, что принятое в теории заключение об отдаче импульса всему кристаллу, является не корректным.

Данная работа будет посвящена раскрытию данного явления.

Кроме того, в эффекте Мёссбауэра есть ряд ключевых вопросов, которые еще не имеют удовлетворительного объяснения в теории этого явления.

1. Почему отсутствует энергия отдачи при возникновении резонанса поглощения?

2. Почему происходит сужение спектральной линии по сравнению с естественной ее шириной?

3. Почему вообще возникает столь необычный резонанс?

4. За пределами эффекта Мёссбауэра.

Для ответа на поставленные вопросы потребуется небольшой экскурс в суть данного эффекта.

Нобелевская премия по физике, 1961 год

В 1961 году Мёссбауэр разделил Нобелевскую премию по физике «за исследование резонансного поглощения гамма-излучения и открытие в этой связи эффекта, носящего его имя».

Одним из первых использований эффекта Мёссбауэра стала вышедшая в 1959 году работа Р. В. Паунда и Г. А. Ребки из Гарвардского университета, которые воспользовались этим эффектом для подтверждения предсказания Альберта Эйнштейна о том, что гравитационное поле способно изменять частоту электромагнитного излучения. Измерение изменения частоты гамма-лучей, вызванного различием гравитационного поля у подножия и наверху 70-футовой башни, полностью подтвердило общую теорию относительности Эйнштейна. Эффект Мёссбауэра позволяет также получить информацию о магнитных и электрических свойствах ядер и окружающих их электронов. Этот эффект находит применение и в таких разнообразных областях, как археология, химический катализ, строение молекул, валентность, физика твёрдого тела.

Ссылки

1. (на немецком языке) Münchner Physik-Nobelpreisträger Mößbauer ist tot — München . Bild.de (21 сентября 2011 г.). Проверено 26 июня 2012 г.
2. Парак, Фриц (2011). «Рудольф Л. Мессбауэр (1929–2011) Физик, возродивший немецкую науку, создав спектроскопию нового типа» . Природа . 478 (7369): 325. Бибкод2011Natur.478..325P . дои10.1038/478325a . PMID   .
3. Луиза С. Шерби (2002). Кто есть кто среди лауреатов Нобелевской премии, 1901–2000 гг . (4-е изд.). Вестпорт, Коннектикут: Oryx Press. п. 224. Архивировано из оригинала 13 мая 2018 г. Проверено 19 июня 2018 г. .ISBN отсутствует
4. ^ «Рудольф Л. Мессбауэр» . Сеть истории физики . Американский институт физики . Проверено 1 марта 2019 г. .

Метки

Адсорбция
Библия
Броуновское движение
Вращение Земли
Гравитационная постоянная
Гравитация
Граница Мохоровичича (Мохо)
Давление света
ЗЭТ
Закон Всемирного Тяготения
Землетрясение
Землетрясения
Земля
Ломоносов
Магнитные полюса
Масса
Планеты
Почему не падают облака
Смена магнитных полюсов
Солнце
Тепловой терминатор
Трансформатор Тесла
Тунгусский метеорит
Фотонно-квантовая гравитация
Эффект Мёссбаура
гравитон
детонация
зона электрических токов
крафон
магнитное поле Земли
молекулярно-кинетическая теория
постоянная гравитации
притяжение
серебристые облака
температура
теплота
теплота трение
термон
тяготение
фотон
электромагнитные волны
эффект гравитационного смещения

Награды и достижения

В 1960 году Мёссбауэр был удостоен научной премии Исследовательской корпорации Америки.

Рудольф Мёссбауэр получил престижную Нобелевскую премию по физике в 1961 году за исследования, касающиеся резонансного поглощения гамма-излучения, и открытие в этой связи эффекта Мёссбауэра, носящего его имя. Он разделил награду с Робертом Хофштадтером, который был награжден за свои новаторские исследования рассеяния электронов в атомных ядрах и за сделанные им таким образом открытия, касающиеся структуры нуклона.

В 1962 году Рудольф Мёссбауэр получил Баварский орден «За заслуги».

В 1974 году Мёссбауэр был награжден медалью Гатри Лондонского института физики.

В 1984 году он получил Золотую медаль Ломоносова Академии наук СССР.

Отдача и возбужденное состояние атома

Рис. 2

Что такое возбужденное состояние атома и что оно означает на энергетическом уровне? В квантовых системах характеризуется избыточной, по сравнению с основным состоянием, энергией. Когда атом того или иного вещества получает квант энергии, в этом случае говорят, что он его поглощает и переходит в возбужденное состояние. Данное состояние атома неустойчиво, поэтому он стремится вернуться в основное, наинизшее энергетическое состояние.

Отдаленно-приближенную модель можно представить механическим сжатием пружины (рис.2). Пружина сжата (состояние 1), а это означает, что она приобрела дополнительную энергию. Данная пружина не может находиться сколь угодно долго в этом состоянии, когда снята возмущающая сила (энергия), и она разжимается в соответствии со своим временем, определенным ее механическими свойствами (состояние 2). В момент разжатия, вследствие ее инерционности, пружина дергает платформу, на которой она была закреплена в данный момент. В результате платформа получает механический импульс (p) перемещения по направлению распрямления пружины.

Что-то подобное происходит с атомным ядром. Когда возбужденный атом испускает квант энергии, то этим же квантом получает механический импульс pp в направлении вектора гамма-кванта.

Ep – энергия фотона, с – скорость света, h – постоянная Планка, v– частота излучения, mp – масса фотона.

По существу, излучение уносит момент количества движения.

Фотон гамма-кванта в момент распада увлекает за собой атом вещества, как взведенная пружина увлекает за собой платформу. Поскольку атом химически связан в решетке и имеет большую массу, чем отлетающий фотон, то он получает импульс колебания (придачи) в направлении полета фотона.

Этот же фотон, попав в поле другого атома (мишени), дергает его на себя; атом получает импульс смещения навстречу фотону (рис 2. состояние 3). Данный атом переходит в возбужденное состояние.

В энергетических процессах нет трения, поэтому энергия передается без потерь, она переизлучается на одинаковых частотах.

Энергия излучения всегда равна энергии поглощения без потерь.

E_i = E_p

В идентичных атомах должен всегда наблюдаться резонанс поглощения, но при высоких температурах передача энергии между атомами внутри веществ вызывает их спонтанное колебание за счет импульсов от испускания фононов. Эти колебания накладываются на ядерное излучение, в результате энергии для резонансного перехода не хватает, часть ее выделяется в виде теплоты. Поэтому, в квантово-механических переходах отдачи нет, а есть придача. Что, в общем, не нарушает закон сохранения энергии.

Закрепим вышесказанное с помощью дисперсных систем и эффекта Мёссбауэра, читаем далее…

  Вперед

Автор интерпретирует их не как квази частицы, а как крафоны (красные фотоны), красные спутники.

Архивы

АрхивыВыберите месяц Апрель 2021 Август 2019 Июль 2019 Февраль 2019 Январь 2019 Декабрь 2018 Ноябрь 2018 Сентябрь 2018 Август 2018 Июль 2018 Июнь 2018 Май 2018 Апрель 2018 Март 2018 Февраль 2018 Декабрь 2017 Октябрь 2017 Сентябрь 2017 Август 2017 Июль 2017 Июнь 2017 Апрель 2017 Март 2017 Январь 2017 Декабрь 2016 Ноябрь 2016 Октябрь 2016 Сентябрь 2016 Август 2016 Июль 2016 Март 2016 Февраль 2016 Январь 2016 Декабрь 2015 Ноябрь 2015 Октябрь 2015 Август 2015 Июль 2015 Июнь 2015 Май 2015 Апрель 2015 Март 2015 Январь 2015 Декабрь 2014 Ноябрь 2014 Октябрь 2014 Сентябрь 2014 Август 2014 Июль 2014 Июнь 2014 Май 2014 Апрель 2014 Март 2014 Февраль 2014 Январь 2014 Декабрь 2013 Ноябрь 2013 Октябрь 2013 Август 2013 Май 2013 Апрель 2013 Март 2013 Февраль 2013 Январь 2013 Декабрь 2012 Ноябрь 2012 Октябрь 2012 Сентябрь 2012

Эффект Мёссбауэра

Еще в начале 30-х годов, после того как была открыта электромагнитная природа гамма-излучения, ученые заинтересовались вопросом резонансного поглощения гамма-квантов атомными ядрами и возможности наблюдения этого эффекта. Поскольку резонансное (избирательное) поглощение происходит только на определенных частотах, соответствующих энергиям квантовых переходов ядер в возбужденное состояние, наблюдение этого явления могло бы дать ученым тонкий инструмент для исследования атомных ядер. Однако поначалу все попытки исследовать это явление кончались неудачей.

Тогда за дело взялись теоретики. Выяснилось, что причина этого кроется в следующем. Известно, что гамма-квант обладает определенным импульсом, который (в соответствии с законом сохранения импульса) он при поглощении передает ядру; последнее испытывает отдачу — приобретая энергию, оно отскакивает в обратном направлении. Такая же энергия отбирается у ядра при испускании гамма-кванта. При этом линии испускания и поглощения оказываются смещенными друг относительно друга на величину, значительно превышающую ширину линии гамма-излучения.

Установив причину всех неудач, исследователи начали предпринимать попытки преодолеть возникающие трудности каким-то искусственным путем. Однако более эффективный метод наблюдения резонансного поглощения гамма-квантов был предложен позднее.

В 1955 г. в Институт им. Макса Планка (Гейдельберг, ФРГ) поступил в аспирантуру молодой физик Рудольф Людвиг Мёссбауэр. Тема его диссертации — как, впрочем, и большинства диссертаций — была весьма тривиальна: «Исследование резонансного поглощения гамма-квантов», т. е. задачей соискателя было более подробно разобраться в чем-то, в принципе уже известном. Успешная разработка темы сулила Мёссбауэру степень доктора философии. Случилось, однако, нечто большее — диссертация принесла аспиранту Нобелевскую премию.

По плану, намеченному руководителем лаборатории, сначала предполагалось применить уже известный метод наблюдения резонанса путем сильного нагрева излучающего вещества и вещества-приемника. Однако у аспиранта были свои идеи, и он, несмотря на риск провала диссертации и предупреждения со стороны руководителя, пошел по другому пути.

Рудольф Мёссбауэр начал с самого главного: если Причиной исчезновения резонанса является отскок атомных ядер, то нельзя ли найти какой-то способ «фиксировать» ядра? Ответ был гениально прост. Это возможно, если атом связан в кристаллической решетке твердого тела и если кристалл охлажден до температуры, близкой к абсолютному нулю. В этом случае отскок атомного ядра при поглощении им гамма-кванта передается миллионам атомов, превращаясь в энергию колебаний кристаллической решетки. Сам Мёссбауэр приводил пример со стрельбой из винтовки. При выстреле происходит отскок, но если винтовка упирается в стену, то отскок ничтожен, так как масса стены во много раз превосходит массу винтовки. Все это легко сформулировать теоретически; однако успешная реализация идеи Мёссбауэра была осуществлена лишь в 1958 г., когда его диссертация уже «висела на волоске». В своем эксперименте Мёссбауэр использовал кристалл иридия, охлажденный жидким воздухом. Тогда-то и был открыт «ядерный гамма-резонанс без отдачи ядра». Вместо этой длинной фразы теперь просто говорят «эффект Мёссбауэра».

Особенно ярко эффект наблюдается, когда источник гамма-излучения медленно движется к мишени. Эффект Мёссбауэра дал в руки ученым исключительно чувствительный экспериментальный метод исследования, который нашел широкое применение в различных областях науки и техники. С его помощью исследуются продолжительность жизни изотопов, магнитные поля атомов и другие свойства твердых тел. Он открывает возможность и. для непосредственной проверки теории относительности.

Когда Рудольф Мёссбауэр сделал свое открытие, ему было всего 29 лет. Три года спустя, в 1961 г., он (наряду с Робертом Хофстедтером) стал лауреатом Нобелевской премии по физике — за исследования резонансного поглощения гамма-квантов и открытие эффекта, носящего его имя.

«Вторичный эффект Мёссбауэра»

В 1965 году Рудольф вернулся в Мюнхен, на должность профессора в TUM, где его заинтересовала нейтринная физика. Немецкое правительство за это возвращение заплатило внушительную цену — было построено новое здание и возможность приглашения 10 профессоров. Самое главное Мёссбауэру было позволено организовать в новой лаборатории научный процесс по-американскому образцу — отказавшись от классического немецкого бюрократизма. Возвращение выдающегося учёного произвело впечатляющий эффект на развитие физики в Германии. Ряд учёных немецкого происхождения вслед за Мёссбауэром вернулись в Германию. Это возвращение впоследствии в шутку назвали «вторичным эффектом Мёссбауэра».

Рудольф Мёссбауэр оставался в TUM до 1997 года. В 1972—1977 годах занимал должность директора Института им. Макса фон Лауэ и Поля Ланжевена (ILL) в Гренобле и международного реактора с высокой мощностью потока частиц (англ. High-Flux Reactor). В 1977 году вернулся в Мюнхен, где обнаружил, что проведённая им реорганизация научных кадров была отменена.

Нейтринный интерес

Продолжил работать над «загадкой нейтрино», в том числе принимая участие в некоторых экспериментах по обнаружению нейтринных осцилляций в Гёсгене и экспериментах по изучению солнечных нейтрино (gallex) в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии. Этим направлением Мёссбауэр оказался увлечён настолько, что продолжал работать над ним в свободное время, будучи в отставке с 1997 года.