穆斯堡爾效應
編輯穆斯堡爾效應,即無反沖核共振熒光,是魯道夫·穆斯堡爾 (Rudolf M?ssbauer) 于 1958 年發現的一種物理現象。它涉及束縛在固體中的原子核對伽馬輻射的共振和無反沖發射和吸收。 它的主要應用是穆斯堡爾光譜學。
在穆斯堡爾效應中,核伽馬發射和吸收的窄共振是由于反沖動量被傳遞到周圍的晶格而不是單獨傳遞到發射或吸收核。 當發生這種情況時,在伽馬躍遷的發射端或吸收端,伽馬能量不會損失為反沖核的動能:發射和吸收以相同的能量發生,導致強烈的共振吸收。
歷史
編輯之前已經觀察到氣體對 X 射線的發射和吸收,并且預計會發現由核躍遷產生的伽馬射線的類似現象(與通常由電子產生的 X 射線相反) 過渡)。 然而,觀察氣體中伽馬射線產生的核共振的嘗試失敗了,因為反沖能量損失,阻止了共振(多普勒效應也拓寬了伽馬射線光譜)。 穆斯堡爾能夠觀察到固體銥原子核的共振,這引發了一個問題,即為什么伽馬射線共振在固體中是可能的,但在氣體中卻不行。 M?ssbauer 提出,對于原子結合到固體中的情況,在某些情況下,一小部分核事件基本上可以在沒有反沖的情況下發生。 他將觀察到的共振歸因于核事件的這種無反沖部分。
穆斯堡爾效應是最初以德語報道的最后一個物理學重大發現之一。 xxx份英文報告是一封描述重復實驗的信。
這一發現與羅伯特·霍夫施塔特對原子核中電子散射的研究一起獲得了 1961 年的諾貝爾物理學獎。
描述
編輯一般來說,伽馬射線是由核從不穩定的高能態躍遷到穩定的低能態而產生的。 發射的伽馬射線的能量對應于核躍遷的能量減去發射原子反沖損失的能量。 如果損失的反沖能量與核躍遷的能量線寬相比很小,那么伽馬射線的能量仍然對應于核躍遷的能量,并且伽馬射線可以被與xxx個原子類型相同的第二個原子吸收 . 這種發射和隨后的吸收稱為共振熒光。 額外的反沖能量在吸收過程中也會損失,因此為了發生共振,反沖能量實際上必須小于相應核躍遷線寬的一半。
反沖體 (ER) 中的能量可以從動量守恒中找到:
| 公關 | = | γ | {\displaystyle |P_{\mathrm {R} }|=|P_{\mathrm {\gamma } }|\,}
其中 PR 是反沖物質的動量,Pγ 是伽馬射線的動量。 將能量代入方程得到:
E R = E γ 2 2 M c 2 {\displaystyle E_{\mathrm {R} }={\frac {E_{\mathrm {\gamma } }{2}}{2Mc{2}}} }
其中 ER (0.002 eV for 57Fe) 是反沖損失的能量,Eγ 是伽馬射線的能量(14.4 keV for 57Fe), M (56.9354 u for 57Fe) 是發射體或吸收體的質量, c是光速。
在氣體的情況下,發射體和吸收體是原子,因此質量相對較小,導致較大的反沖能量,從而阻止共振。 (請注意,相同的方程式適用于 X 射線中的反沖能量損失,但光子能量要少得多,導致能量損失較低,這就是為什么可以用 X 射線觀察到氣相共振。)</sub >
在固體中,原子核束縛在晶格上,不會像在氣體中那樣反沖。 晶格作為一個整體反沖,但反沖能量可以忽略不計,因為上式中的 M 是整個晶格的質量。 然而,衰變中的能量可以被晶格振動吸收或提供。 這些振動的能量以稱為聲子的單位量化。 穆斯堡爾效應的發生是因為發生不涉及聲子的衰變的概率是有限的。 因此,在一部分核事件中(無反沖部分,由 Lamb–M?ssbauer 因子給出),整個晶體充當 t。
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