メスバウアー効果：発見とその意義の効果

どのようなメスバウアー効果についての記事話しています。 また、その中の原子量子エネルギー準位と原子核、固体及び集団準粒子などの概念を開示しています。

数理楽しいです

20世紀の最初の十年に発生した物理学のブレークスルーは、科学者たちは数学で深刻な知識を要求しました。 多くの発見は、ペンの先端に、いわば、撤回されています：最初に、彼らは理論的に計算した後、実際に見つかりました。

例えば、の存在重力波 1910年アインシュタインによって予測は、唯一2016年に実験的に確認することができました。 2中性子星の合併は、地上物理学は、人類の科学の重力測定の時代を開いて、捕まえて固定震えスペースを作成しました。 ここで言及不思議重力：つまり、このような研究のためには、メスバウアー効果値ではありません。 しかし、これはむしろ例外です。 ほとんどの場合、理論家と実験者が互いのかかとを踏んで、一つの研究は、その数学的記述の必要性を生じさせた、と不利な結論は新しい、まだ受け取っていない依存関係の前提となります。 メスバウアー効果は、そのような現象の一つでした。 そのような「サイド」現象が前提とマックスプランク1900の端部で発現されます。 これは、電子と原子核の世界では、全ての量は離散値のみを取ることができ、それが量子化されていると述べました。 そして、自分の意見では、それが簡単に計算作られただけで数学のトリックでした。 記述するための唯一の適切な方法、深刻な物理的な意味を持っていない - 彼の人生の終わりまで彼は、量子、または、例えば、光の可能な限り最小の部分はと信じていました。

量子の世界

しかし、原子の規模で何が起こっているかの十分な説明に興味を持って他の学者は、このような結論の可能性を検討し、すべてが量子化されていることを許可されたためにそれを取りました。 原子核の周りの電子は、特定の軌道上にあってもよい自体が唯一の特定のエネルギーレベルを持つことができ核。 その間にスキップ、核はガンマ線を生成します。 メスバウアー効果は、アクションがリターンのようなものを作るべきであると主張しているが、これは起こりません。 一般に、ナノの世界の行動を記述するすべての数量は、量子化の対象となっている - 離散的です。 しかし、大宇宙に素粒子に質量の割合の積で表される勢いで彼は、あまりにも、量子化されていることを意味し、根本的に違うものであることを忘れないでください。 だから、マクス・プランク彼のhの値が含まれている有名な式、または最小限の効果を得ているという科学のレポートは、新しい時代を開きました。 これは時代でした 量子物理学の。 後でこの現象に与えられたメスバウアー効果、解釈は、20世紀の科学の最も重要なマイルストーンの一つとなっています。

メスバウアー効果の発見

我々は上記したように、理論的な結論は、実験と手をつないで行きました。 植物に証明したいくつかの実用的な結論は、「膝の上」と廃材のうち、文字通り収集します。 科学者は、以下の式を表示するだけでなく、フラスコを密封、金属で動作し、インストールを収集するためにボードをカットするだけでなくことができました。 もちろん、研究室の頭は自分の病棟の結果をまとめたものです。 しかし、各実験者は、デバイスが特定の目的のために設計されているように、またエンジニアだった、と直接研究プロセスインチ 私も例外とメスバウアー効果はなかったです。 頑固な博士ルドルフ・モスバウアー研究の監督者によって助言として、冷却ユニットを測定し、代わりにそれを加熱する方法を変更していない場合は、それを開くと、起こらないであろう。

固体

私たちは、このセクションの読者を教えてくれます理論は、それは一見明らかと思われます。 しかし、よく知られているように、簡単には常に信じられないほどの努力を実現します。 そして、私たちは今、ダミーのためメスバウアー効果は文字通り、一度全体の研究室を働いたものを簡単な言葉で伝えることができます。

固体の下で、通常は結晶状態の物質を意味します。 様々な程度の電子がまとめ一方、この場合の原子の核は、厳密な周期的な格子を形成します。 もちろん、金属結晶核が一般電子から分離するように存在し、それを通して非常に特異的な金属結合を形成しました。 電子雲は、結晶格子の行動に注意を払っていない、その独立した法律で暮らしています。 より伝統的なイオン結合および共有結合、より密接に「自分」の核に関連した電子が存在する結晶。 しかし、そこに彼らは、気体や液体に比べて、隣接ノード間で自由に動くことができます。

固体集合の特性のみならず、それらの中にある化学元素だけでなく、互いに対して原子の配置の対称性。 最も硬い天然物質 - - ダイヤモンド炭素構造体の古典的な例では軟質黒鉛、及びその他を生成します。 だから、剛体に多くの単位セルの接続、および対称性の種類を意味します。 固体の性質は、それがどのようなメスバウアー効果の開示です。 固体中の原子の全てが関連している次のようにその性質について説明します。

集団準粒子

今、十分な大きさの三次元格子を想像してみてください。 モデルの最も適切な塩のために：NaおよびClでは、立方体の頂点に次々に配置されています。 何とか一つの原子をつかむと、それは、隣接原子を引っ張った後、十分に強固な接続に、バランスの習慣的な場所を破るために感謝し、彼を引っ張った場合。 計算は、コアの位置の変化は、少なくとも三次の近隣にいかなる有意な影響を有することを示しています。 これは、ナトリウムを「つかむ」ことを意味している場合、彼に塩素の1の最外層を、次の隣接塩素原子、ナトリウム原子を引っ張っ続きます。 この影響は、すべての方向に延長される可能性があります。 通常、第四次摂動の隣人が無視できると言われています。 しかし、彼らはゼロではありません。

したがって、もし何らかの形でより強い結晶（例えば、彼にレーザ又は電子ビームを送信するために）、結晶格子があろう「波」を「ノック」。 結晶中の多くの隣接する原子は、同時に、例えば、上下、感触をずらすような集団運動は、フォノンと呼ばれます。 ダミーのために何をメスバウアー効果を記述するのに使用可能な、我々は詳細に入るとちょうどフォノンがとして素粒子を振る舞うことが判明したことを教えてくれません。 例えば、そのエネルギーが量子化され、彼らは波長の勢いを持っているし、お互いに相互作用することができます。 このように、フォノンは、集団準粒子と呼ばれています。 ソリッドボディの彼らの数と質は、発生した構造を与えられています。 単位セルの原子の大きさ、対称性及びタイプを知る、それができる計算します。 フォノンの発生時にも、結晶格子中のイオン間の結合の長さおよび種類に影響を与えます。

バンド理論

固体がすべての電子、及び軌道を要約しているので（したがってそのエネルギー）も一般化されなければなりません。 まず、電子はフェルミ粒子と呼ばれる粒子のこのクラスに属していることを覚えておく必要があります。 フェルミ、ディラックとパウリは、一緒になって一つの状態で、システム内の唯一のような粒子とすることができることを見出しました。 我々は塩の例に戻ると、各結晶、我々は、ナトリウムおよび塩化物イオンの信じられないほどの量を含む、スープや肉をふりかけました。 そして、それらのそれぞれは、同一軌道上で回転する電子の同じ番号を持っています。 それはどのようにすることができますか？ 別の原子の同じ軌道に属する他のエネルギーの電子から少し異なる核の周りに旋回各電子のエネルギーを、次のように固体が状況から出てきます。 したがって、得られた：結晶は、圧縮領域を形成するために十分に小さい互いに異なる非常に多くのエネルギーレベルが存在します。 一つの原子の範囲が非常に強くないので、小さなフォノンを紹介摂動。 重要なのは全体として集団運動です。 いわばしたがって、フォノンエネルギーは、エネルギーの領域に「溶解します」。 これとメスバウアー効果に基づきます。

電磁規模

荷電粒子の移動は、電磁界を伴います。 この事実は、他人ながら、例えば、1つの惑星や衛星がそれらを持っている理由の質問を置く - ません。 電磁波は、その周波数及び従ってエネルギーに応じたクラスに細分することができます。 これらの二つの特徴は、相互接続され、波長に依存しています。 何メスバウアー効果があるのみ簡単に説明すると、電磁スケールがガンマ線をどこにある読者が理解することを提供することができます。 そのため、電波の規模を開きます。 寸法の宇宙 - 理論的にその波長を制限します。 しかし、このような放射線のエネルギーは、登録することは不可能であることを非常に小さくなります。 テラヘルツ放射でわずかに高い周波数。 しかし、それは、電波は非常に特定の条件で観察される：磁界中の電子の阻害は、ポリマーの曲げ振動、固体中の励起子の移動。 電磁スペクトルのより明確次の部分 - 赤外線。 これは、熱の形でエネルギーを転送します。 可視光のより高いエネルギー。 人間の目が見ているスペクトルの部分は、全体の規模に比べて非常に小さいです。

最高 - 赤の光が最低エネルギー、紫があります。 これに関連して、既知のパラドックスである：より冷たい水は、そのエネルギーを赤色光よりも高い、青色で示されています。 電磁スケールの紫外線部分は既に固体に浸透するのに十分に高い周波数を有することを以下。 地球上の他の生き物のような人々は、紫外光を感知していないという事実にもかかわらず、生物の適切な機能のためのその重要性は莫大です。 紫外線研究の主な情報源は太陽です。 高いエネルギーと多くの物質を透過する能力は、X線を持っています。 そのような放射線の源は、電磁場の電子の減速です。 電子は、すなわち原子と自由に属し、両方とも結合することができます。 医療機器は、自由電子によるデバイスです。 最後に、最も厳しいと最も短い波長は、ガンマ線です。

X線およびガンマ

メスバウアー効果と物理及び工学への応用は、ガンマ線及びX線を区別する必要があります。 従ってエネルギーのレベルと、によって、波長それらは重複の非常に広い範囲です。 すなわち、5ピコメートルの波長を有するガンマ線およびX線が存在します。 それらの製造のためのさまざまな方法。 以上説明したように、 X線放射は、 電子のときに減速度を発生します。 また、（核を含む）いくつかのプロセスでは、このようなウランのように、十分に重い原子内殻から電子を消失します。 しかし、他の電子は、彼の場所を取る傾向にあります。 そのような遷移は、となる X線源。 ガンマ線は、より高い励起状態からの核移行の結果です。 この放射は、高い貫通能力を持っていると対話するに原子をイオン化します。 ガンマ線は、原子の原子核と衝突したとき、前記いわゆるキックバックが存在しなければなりません。 しかし、実際には、剛体に属する原子の核を有するガンマ線の相互作用は、衝撃が欠落していることが判明しました。 それはフォノンを生成する、結晶の電子バンドによって「不鮮明」したように、これは、その追加のエネルギー事実によって説明されます。

同位体

メスバウアー効果とその応用は密接に1つの驚くべき事実に関連している：現象は、周期表のすべての化学元素には作用しません。 また、それだけでいくつかの物質の同位体のために重要です。 読者が突然忘れた場合は、リコールをどのような同位体。 任意の原子は電気的に中性であることが知られています。 これは、電子殻のように、その正のプロトンの核内でできるだけ多くを意味します。 しかし、コアはまた、中性子、無償の粒子が含まれています。 あなたが核内に番号を変更する場合、電気的に中性に違反していないが、原子の性質を若干変更しました。 また、普通の問題は非常に安定している間、重い同位体は、放射性であると崩壊の傾向があることを起こります。 メスバウアー効果によって特徴付けられるコンクリート要素とその同位体の非常にリスト。 ⁵⁷のFeの検出は、例えば、一般的にこのような現象によって信頼されています。

量子効果の使用

経験をプロデュース、それはしばしば容易ではない、一つまたはミクロの世界に関連する他の仮説によって確認されています。 また、同じ効果メスバウアーをもたらすことができるどのようなメリット不明ですか？ それの使用は、しかし、十分に広いです。 結晶の特性の調査 材料、非晶質 固体と微粉砕粉末は、この量子現象を介してなど、起こります。 などの薬として - そのようなデータは、と非常に近い人の分野で実践セクション（理論物理学）からかなり遠いで必要とされています。 このように、メスバウアー効果とその使用はしても、日常生活の中で、多くの利点をもたらす理論的発見、の一例として考慮されるべきです。