efeito de Mõssbauer: o efeito da descoberta e o seu significado

O artigo fala sobre o que o efeito Mössbauer. conceitos, tais como níveis de quantum de energia em um átomo e um núcleo atómico, sólido e quasiparticle colectiva nele também divulgados.

divertido matemática

Um avanço na física que ocorreu na primeira década do século XX, os cientistas exigiam conhecimento sério em matemática. Muitas descobertas foram retiradas, por assim dizer, na ponta da caneta: no primeiro, eles foram calculadas teoricamente e, em seguida, encontrado na prática.

Por exemplo, a existência de ondas gravitacionais preditos por Einstein em 1910, foram capazes de confirmar experimentalmente apenas em 2016. A fusão de duas estrelas de nêutrons criou espaço tremores que a física terrestre pego e fixa, abrindo a era dos medições gravitacionais na ciência da humanidade. Sem gravidade maravilha mencionados aqui: nomeadamente para tais estudos é o valor Efeito Mössbauer. Mas esta é a excepção e não a regra. Na maioria das vezes, os teóricos e experimentadores pisar em saltos uns dos outros, um estudo deu origem à necessidade da sua descrição matemática, ea conclusão adversa torna-se a hipótese de, não dependências ainda receberam novas. Efeito Mössbauer foi um dos tais fenômenos. Tal fenómeno "lado" é o pressuposto e o Max Planck expressa no final de 1900. Ele disse que, no mundo de elétrons e núcleos atômicos, todas as quantidades só pode ter valores discretos, que é quantizada. E, em sua própria opinião, que era apenas um truque matemático, o que fez o cálculo mais fácil. Até o final de sua vida, ele acreditava que o quantum, ou a menor parcela possível de, por exemplo, a luz – única maneira adequada de descrever, não carregando uma sensação física grave.

O mundo quântico

No entanto, outros estudiosos interessados em uma descrição adequada do que está acontecendo na escala de átomos, considerado o potencial de uma tal conclusão, e tinha como certo que tudo é quantizada. Os elétrons ao redor do núcleo pode ser apenas em certas órbitas núcleos si só pode ter níveis de energia específicos. Ignorando as mesmas, núcleos gerar raios gama. Efeito Mössbauer argumenta que a ação deve produzir uma espécie de retorno, mas isso não acontece. Em geral, todas as quantidades que descrevem o comportamento do nanoworld estão sujeitos a quantização – que é discreto. Mas não se esqueça que o impulso que no macrocosmo é expressa como o produto da taxa de massa de partículas elementares é algo fundamentalmente diferente, o que significa que ele, também, é quantizada. Assim que o relatório ciência em que a Maks Plank derivado sua famosa fórmula que contém o valor de h, ou um efeito mínimo, abriu uma nova era. Esta foi a era da física quântica. Efeito Mössbauer, interpretação, que mais tarde foi dado a este fenômeno, tornaram-se um dos marcos mais importantes da ciência do século XX.

A descoberta do efeito de Mõssbauer

Como já mencionado acima, as conclusões teóricas andava de mãos dadas com o experimento. Algumas conclusões práticas comprovadas em plantas coletadas literalmente "sobre o joelho" e de materiais de sucata. Os cientistas têm sido capazes de não só apresentar a fórmula, mas também selar o frasco, cortar a placa de trabalhar com metal e recolher a instalação. Claro, o chefe dos laboratórios única resume os resultados de suas alas. No entanto, cada experimentador também era um engenheiro, como os dispositivos são projetados para fins específicos, e directamente no processo de pesquisa. I não foi excepção eo efeito Mössbauer. A abertura não iria ocorrer se um doutoramento teimosa Rudolf Mossbauer não alterou o método de medição da unidade de arrefecimento, em vez de aquecimento, tal como aconselhado pelo supervisor de estudos.

sólido

A teoria, que vamos dizer aos leitores nesta seção, parece claro à primeira vista. No entanto, como é bem conhecido, fácil de sempre alcança incríveis esforços. E por isso estamos agora capaz de dizer em palavras simples o que o efeito Mössbauer for Dummies, literalmente, uma vez que trabalhou todo o laboratório.

Sob o sólido é geralmente significa uma substância num estado cristalino. Os núcleos dos átomos, neste caso, formar uma estrutura periódica rigorosa, enquanto que os electrões em diferentes graus resumidos. Claro que, os cristais de metal formado ligação metálica muito específica através do qual o núcleo existir como para separar a partir de electrões generalizadas. A nuvem de elétrons vive pelo seu direito independente, sem prestar atenção ao comportamento da rede cristalina. Os cristais que apresentam ligações iónicas e covalentes mais tradicionais, os electrões mais intimamente associado com "seus" núcleos. Mas lá eles são livres para se mover entre nós vizinhos do que em um gás ou líquido.

Propriedades sólido conjunto não só os elementos químicos que são em si, mas também a simetria do arranjo de átomos de uns relativamente aos outros. No exemplo clássico de uma estrutura de carbono gera grafite macio, e o outro – o material natural mais duro – de diamante. Então, que tipo de conexão, e simetria da célula unitária significar muito para um corpo rígido. As propriedades do sólido e que é a divulgação de que o efeito de Mõssbauer. A sua natureza é explicada como se segue: todos os átomos de um sólido estão associados.

quasiparticles coletivas

Agora imagine uma rede tridimensional suficientemente grande. Para o modelo de sal mais adequado: Na e Cl estão localizadas nos vértices de cubos, um após o outro. Se de alguma forma pegar um átomo e puxá-lo para quebrar o lugar habitual de equilíbrio, graças a uma conexão suficientemente rígida, depois que ele puxou os átomos vizinhos. Os cálculos mostram que a alteração na posição do núcleo tem, pelo menos, qualquer impacto significativo sobre os vizinhos da terceira ordem. Isto significa que se o "agarrar" de sódio, seguida puxado vizinhos átomos de cloro, átomos de sódio seguindo-o uma camada mais externa de cloro. O impacto desta é susceptível de ser estendido em todas as direções. Costuma-se dizer que os vizinhos de perturbação de quarta ordem são desprezíveis. No entanto, eles não são zero.

Consequentemente, se de alguma forma "bater" de cristal mais forte (por exemplo, para enviar-lhe um feixe de laser ou de elétrons), a estrutura de cristal irá "ondas". Tal movimento colectivo, quando muitos átomos vizinhos no cristal deslocar simultaneamente sentir, por exemplo, para cima ou para baixo, chamado fonões. Disponível para descrever o que o efeito Mössbauer para manequins, não vamos entrar em detalhes e apenas dizer-lhe que os fônons foi encontrada para se comportam como partículas elementares. Por exemplo, a sua energia é quantizada, possuem impulso comprimento de onda e são capazes de interagir uns com os outros. Assim, os fônons são chamados quasiparticles coletivos. O seu número e qualidade do corpo sólido é dada uma estrutura em que elas ocorrem. Calcular ele pode ser, sabendo que o tamanho, simetria e tipos de átomos de célula unitária. Na ocorrência de fonão que também afecta a extensão e o tipo de ligações entre os iões na rede cristalina.

teoria banda

Desde sólida resume todos os seus elétrons, e os orbitais (e, portanto, sua energia) também deve ser generalizada. Em primeiro lugar, devemos lembrar que os elétrons pertencem a esta classe de partículas chamadas férmions. Fermi, Dirac e Pauli juntos descobriram que, em um estado podem ser no sistema, apenas uma de tais partículas. Se voltar para o exemplo de sais, cada cristal, que polvilhar ou sopa de carne, que compreende uma quantidade incrível de iões de sódio e de cloreto. E cada um deles tem o mesmo número de elétrons, que giram em órbitas idênticas. Como pode ser isso? Um sólido sai da situação do seguinte modo: a energia de cada electrão que orbita em volta do núcleo, um pouco diferentes de quaisquer outros electrões de energia que pertencem à mesma órbita de um outro átomo. Assim, obtém-se: no cristal existe níveis de energia extremamente muito que diferem umas das outras suficientemente pequena para formar uma zona comprimida. As perturbaes que introduzem fonões pequeno, porque um átomo intervalos não são muito fortes. Tudo o que importa é o movimento coletivo como um todo. Por conseguinte, a energia de fonões, como se fosse "dissolvido" no domínio da energia. Com base nesta e do efeito Mössbauer.

escala eletromagnética

O movimento de partículas carregadas é acompanhada por um campo electromagnético. Este facto coloca, por exemplo, a questão de por que um planeta e satélites possuí-las, enquanto outros – não. As ondas eletromagnéticas podem ser subdivididos em classes de acordo com a sua frequência e, portanto, de energia. Essas duas características estão interligados e dependem do comprimento de onda. O que é o efeito de Mõssbauer pode apenas brevemente, desde que o leitor compreenda onde escala electromagnética está localizado radiação gama. Então, abra-se a escala de ondas. Teoricamente limitar o seu comprimento de onda – dimensões universo. No entanto, a energia de tal radiação seria tão pequena que é impossível registrar. Ligeiramente maior frequência na raios t. No entanto, ela é, e as ondas de rádio são observados em condições muito específicas: inibição de electrões num campo magnético, vibrações mecânicas destes polímeros, o movimento de excits na sólida. Mais clara próxima parte do espectro eletromagnético – a radiação infravermelha. Ele transfere energia em forma de calor. Ainda maior de energia da luz visível. Essa parte do espectro que o olho humano vê é muito pequeno comparado a toda a escala.

A luz vermelha tem a menor energia, e roxo – o mais alto. A este respeito, sabe-se paradoxo: a água mais fria é indicado no azul, cuja energia é maior do que a de luz vermelha. Em seguida, a porção ultravioleta da escala já electromagnética tem uma frequência suficientemente elevada para penetrar na forma de um sólido. Apesar do fato de que as pessoas, como outros seres vivos do nosso planeta, não percebem a luz ultravioleta, a sua importância para o bom funcionamento dos organismos biológicos é enorme. A principal fonte de estudo ultravioleta é o sol. energia mais elevada e a capacidade de penetrar muitas substâncias tem raio-X. A fonte de tal radiação é a desaceleração de electrões nos campos electromagnéticos. Os electrões podem ser tanto ligado, isto é, pertencem átomos e livre. Os dispositivos médicos são dispositivos de elétrons livres. Finalmente, o mais resistente e mais curto-ondas é a radiação gama.

raios X e gama

efeito de Mõssbauer e sua aplicação na física e engenharia precisa de fazer a distinção entre os raios gama e raios-X. Pelo nível de energia e, em conformidade, o comprimento de onda que são de uma forma muito ampla gama de sobreposição. Isto é, há uma gama e raios-X com um comprimento de onda de 5 picômetros. Diferentes métodos para a sua preparação. Como explicado acima, a radiao-X ocorre quando a desaceleração de electrões. Além disso, em alguns dos processos (incluindo nuclear) desaparece de electrões do átomo de invólucro interior suficientemente pesado, tal como urânio. No entanto, outros elétrons tendem a tomar o seu lugar. Tais transições, e tornar-se uma fonte de raios-X. Os raios gama são o resultado do núcleo faz a transição de um estado mais elevado animado. Esta radiação tem uma elevada capacidade de penetração e ioniza átomos aos quais interage. Em que, quando o raio gama choca com o núcleo de um átomo, deve haver um assim chamado contragolpe. No entanto, na prática, descobriu-se que a interacção de raios gama com o núcleo de um átomo que pertence ao corpo rígido, o impacto está ausente. Isto é explicado pelo fato de que a energia adicional, uma vez que foram "manchada" por bandas eletrônicas do cristal, criando um phonon.

isótopos

Efeito Mössbauer e sua aplicação está intimamente relacionado com o fato surpreendente: o fenômeno não age sobre todos os elementos químicos da tabela periódica. Além disso, é significativa apenas para algumas substâncias isótopos. Se o leitor é subitamente esquecido o isótopos recall. Sabe-se que qualquer dado átomo é eletricamente neutro. Isto significa que, no núcleo de protões positivos, tanto quanto na concha de electrões. No entanto, o núcleo também contém um neutrão, de partículas sem carga. Se você alterar o número no núcleo, a neutralidade elétrica não é violada, mas as propriedades do átomo mudou ligeiramente. Além disso, acontece que o isótopo mais pesado é radioativo e é propenso a decadência, enquanto a matéria ordinária é bastante estável. Bastante uma lista de elementos de concreto e os seus isótopos, os quais são caracterizados pelo efeito de Mossbauer. Detecção de ⁵⁷ Fe, por exemplo, é geralmente confiável por este fenómeno.

O uso de efeitos quânticos

experiência de produção, o que é confirmado por uma ou outra hipótese relacionada com o mundo microscópico, que muitas vezes não é fácil. Além disso, não está claro quais os benefícios que pode trazer o mesmo efeito Mössbauer? O uso dele, no entanto, é grande o suficiente. Investigação das propriedades de cristalinos materiais amorfos, sólidos e pós finamente triturados ocorre, incluindo através deste fenómeno quântico. Esses dados são necessários bastante distante das seções de prática (física teórica) e no homem muito próximos disciplinas – como a medicina. Assim, o efeito Mössbauer e seu uso deve ser considerado como um exemplo de descoberta teórica, que traz uma série de benefícios, mesmo na vida cotidiana.