Mossbauer επίδραση: το αποτέλεσμα της ανακάλυψης και η σημασία του

Οι συνομιλίες άρθρο για το τι την επίδραση ΜόδδββυβΓ. Επίσης αποκαλύπτονται έννοιες όπως κβαντική επίπεδα ενέργειας σε ένα άτομο και ενός ατομικού πυρήνα, στερεά και συλλογική quasiparticle εκεί.

μαθηματική διασκέδαση

Μια σημαντική ανακάλυψη στη φυσική που σημειώθηκαν κατά την πρώτη δεκαετία του εικοστού αιώνα, οι επιστήμονες ζήτησαν σοβαρές γνώσεις στα μαθηματικά. Πολλές ανακαλύψεις έχουν αποσυρθεί, να το πω έτσι, στην άκρη της πένας: στην πρώτη είχαν υπολογιστεί θεωρητικά και στη συνέχεια βρέθηκαν στην πράξη.

Για παράδειγμα, η ύπαρξη των βαρυτικών κυμάτων που προβλέπονται από τον Αϊνστάιν το 1910, ήταν σε θέση να επιβεβαιώσει πειραματικά μόνο για το 2016. Η συγχώνευση των δύο άστρων νετρονίων έχει δημιουργήσει δονήσεις χώρο που επίγεια φυσική αλιεύονται και καθορίζεται από το άνοιγμα της εποχής των βαρυτικών μετρήσεων στην επιστήμη της ανθρωπότητας. Δεν υπάρχει αμφιβολία βαρύτητας που αναφέρονται εδώ: συγκεκριμένα για τέτοιου είδους μελέτες είναι η αξία αποτέλεσμα ΜόδδββυβΓ. Αλλά αυτή είναι η εξαίρεση και όχι ο κανόνας. Τις περισσότερες φορές, οι θεωρητικοί και οι πειραματιστές βήμα στα τακούνια του άλλου, μια μελέτη οδήγησε στην ανάγκη για τη μαθηματική περιγραφή του, και αρνητικές συμπέρασμα γίνεται η παραδοχή των νέων, που δεν έχουν ακόμη λάβει εξαρτήσεις. Mössbauer αποτέλεσμα ήταν ένα από τέτοια φαινόμενα. Τέτοια «πλευρά» φαινόμενο είναι η υπόθεση και η Max Planck εκφράζεται στο τέλος του 1900. Ανέφερε ότι στον κόσμο των ηλεκτρονίων και των ατομικών πυρήνων, όλες οι ποσότητες μπορεί να πάρει μόνο διακριτές τιμές, που είναι κβαντισμένη. Και, κατά την άποψή του, ήταν απλώς ένα μαθηματικό τέχνασμα, το οποίο έκανε τον υπολογισμό ευκολότερη. Μέχρι το τέλος της ζωής του πίστευε ότι η κβαντική, ή το μικρότερο δυνατό τμήμα της, για παράδειγμα, το φως - μόνο κατάλληλο τρόπο για να περιγράψει, να μην μεταφέρουν μια σοβαρή σωματική αίσθηση.

Το κβαντικό κόσμο

Ωστόσο, άλλοι μελετητές που ενδιαφέρονται για την επαρκή περιγραφή του τι συμβαίνει στην κλίμακα των ατόμων, που θεωρείται το δυναμικό της ένα τέτοιο συμπέρασμα, και το πήρε ως δεδομένο ότι τα πάντα είναι κβαντισμένη. Τα ηλεκτρόνια γύρω από τον πυρήνα μπορεί να είναι μόνο σε ορισμένες τροχιές πυρήνες οι ίδιοι μπορούν να έχουν μόνο συγκεκριμένα επίπεδα ενέργειας. Παράκαμψη μεταξύ αυτών, πυρήνες παράγουν ακτίνες γάμμα. ΜόδδββυβΓ αποτέλεσμα ισχυρίζεται ότι η προσφυγή πρέπει να παράγει ένα είδος επιστροφής, αλλά αυτό δεν συμβαίνει. Σε γενικές γραμμές, όλες οι ποσότητες που περιγράφουν τη συμπεριφορά του nanoworld υπόκεινται σε κβάντωση - ότι είναι διακριτή. Αλλά μην ξεχνάμε ότι η δυναμική που στο μακρόκοσμο εκφράζεται ως το γινόμενο της τιμής της μάζας σε στοιχειωδών σωματιδίων είναι κάτι ριζικά διαφορετικό, πράγμα που σημαίνει ότι, επίσης, είναι κβαντισμένη. Έτσι, λόγω έκθεση επιστήμης στην οποία η Maks Plank προέρχεται περίφημη φόρμουλα του, που περιέχει την τιμή του h, ή ελάχιστη επίδραση, άνοιξε μια νέα εποχή. Αυτή ήταν η εποχή της κβαντικής φυσικής. ΜόδδββυβΓ αποτέλεσμα, η ερμηνεία, η οποία δόθηκε αργότερα σε αυτό το φαινόμενο, έχει γίνει ένα από τα πιο σημαντικά ορόσημα της επιστήμης του εικοστού αιώνα.

Η ανακάλυψη της επίδρασης Mössbauer

Όπως σημειώσαμε παραπάνω, τα θεωρητικά συμπεράσματα πήγαν χέρι-χέρι με το πείραμα. Ορισμένα πρακτικά συμπεράσματα αποδείχθηκε σε φυτά συλλέγονται κυριολεκτικά «στο γόνατο» και έξω από θραύσματα υλικών. Οι επιστήμονες ήταν σε θέση να εμφανίζει όχι μόνο τον τύπο, αλλά και σφραγίζουν την φιάλη, κόψτε το διοικητικό συμβούλιο να συνεργαστεί με μέταλλο και να συγκεντρώσει την εγκατάσταση. Φυσικά, ο επικεφαλής των εργαστηρίων συνοψίζει μόνο τα αποτελέσματα της θαλάμους τους. Ωστόσο, κάθε πειραματιστής ήταν επίσης ένας μηχανικός, όπως οι συσκευές έχουν σχεδιαστεί για συγκεκριμένους σκοπούς, και άμεσα στη διαδικασία της έρευνας. Εγώ δεν αποτέλεσε εξαίρεση και το αποτέλεσμα ΜόδδββυβΓ. Το άνοιγμα δεν θα λάβει χώρα εάν ένα επίμονο διδακτορική Ρούντολφ Μέσμπαουερ δεν άλλαξε τη μέθοδο μέτρησης της μονάδας ψύξης, αντί θέρμανση, όπως συνιστάται από τον επόπτη των μελετών.

στερεός

Η θεωρία, η οποία θα πείτε στους αναγνώστες σε αυτή την ενότητα, είναι προφανές με την πρώτη ματιά. Ωστόσο, όπως είναι γνωστό, είναι εύκολο να επιτυγχάνει πάντα απίστευτες προσπάθειες. Και έτσι είμαστε τώρα σε θέση να πει με απλά λόγια ποια είναι η επίδραση ΜόδδββυβΓ για τα ομοιώματα κυριολεκτικά, αφού εργάστηκε το σύνολο του εργαστηρίου.

Κάτω από το στερεό συνήθως εννοείται μία ουσία σε κρυσταλλική κατάσταση. Οι πυρήνες των ατόμων σε αυτή την περίπτωση σχηματίζουν ένα αυστηρό περιοδικό πλέγμα, ενώ τα ηλεκτρόνια σε διάφορους βαθμούς συνοψίζονται. Φυσικά, μέταλλο κρύσταλλοι σχηματίζονται πολύ συγκεκριμένες μεταλλικός δεσμός μέσω του οποίου υπάρχουν ο πυρήνας ώστε να διαχωριστεί από γενικευμένη ηλεκτρόνια. Το νέφος ηλεκτρονίων ζει από ανεξάρτητους δίκαιο, δεν δίνουν προσοχή στη συμπεριφορά του κρυσταλλικού πλέγματος. Οι κρύσταλλοι οι οποίοι παρουσιάζουν πιο παραδοσιακές ιοντικών και ομοιοπολικών δεσμών, τα ηλεκτρόνια που σχετίζονται πιο στενά με πυρήνες «τους». Αλλά εκεί είναι ελεύθεροι να κινούνται μεταξύ γειτονικών κόμβων από ό, τι σε ένα αέριο ή υγρό.

Στερεά ιδιότητες σύνολο όχι μόνο τα χημικά στοιχεία τα οποία είναι σε αυτά, αλλά επίσης και η συμμετρία της διάταξης των ατόμων σε σχέση με το άλλο. Στο κλασικό παράδειγμα μίας δομής άνθρακα παράγει μαλακό γραφίτη, και το άλλο - το σκληρότερο φυσικό υλικό - διαμάντι. Έτσι τι τύπο σύνδεσης, και τη συμμετρία της μονάδας κυττάρου σημαίνει πολλά για ένα άκαμπτο σώμα. Οι ιδιότητες του στερεού και είναι η αποκάλυψη του τι επίδρασης Mossbauer. φύση του εξηγείται ως εξής: όλα τα άτομα σε ένα στερεό συνδέονται.

συλλογική quasiparticles

Τώρα φανταστείτε ένα αρκετά μεγάλο τρισδιάστατο πλέγμα. Για το μοντέλο πιο κατάλληλο άλας: Na και CI, βρίσκονται στις κορυφές των κύβων, το ένα μετά το άλλο. Αν με κάποιο τρόπο να αρπάξει ένα άτομο και να τον τραβήξει για να σπάσει τον τόπο συνήθους ισορροπίας, χάρη σε μια αρκετά σταθερή σύνδεση, αφού τράβηξε τα γειτονικά άτομα. Οι υπολογισμοί δείχνουν ότι η αλλαγή στη θέση του πυρήνα έχει τουλάχιστον κάποια σημαντική επίδραση στις γείτονες της τρίτης τάξης. Αυτό σημαίνει ότι αν ο «αρπάξει» νατρίου, ακολουθούμενο τράβηξε γειτονικά άτομα χλωρίου, άτομα νατρίου ακολουθώντας τον ένα εξωτερικό στρώμα του χλωρίου. Ο αντίκτυπος αυτού είναι πιθανό να επεκταθεί σε όλες τις κατευθύνσεις. Συνήθως, δήλωσε ότι οι γείτονες διαταραχή τέταρτης τάξης είναι αμελητέα. Ωστόσο, δεν είναι μηδέν.

Κατά συνέπεια, αν με κάποιο τρόπο «χτυπήσει» κρύσταλλο ισχυρότερη (π.χ., να του στείλει ένα λέιζερ ή με δέσμη ηλεκτρονίων), το κρυσταλλικό πλέγμα θα «κύματα». Τέτοια συλλογική κίνηση όταν πολλοί γειτονικά άτομα στον κρύσταλλο μετατοπιστεί ταυτόχρονα αισθάνονται, π.χ., προς τα πάνω ή προς τα κάτω, που ονομάζεται φωνόνια. Διαθέσιμες για να περιγράψει αυτό το αποτέλεσμα ΜόδδββυβΓ for dummies, δεν θα μπω σε λεπτομέρειες και απλώς να σας πω ότι τα φωνόνια βρέθηκε να συμπεριφέρονται ως στοιχειώδη σωματίδια. Για παράδειγμα, η ενέργεια τους είναι κβαντισμένη, που έχουν μήκος κύματος δυναμική και είναι σε θέση να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Έτσι, τα φωνόνια ονομάζονται συλλογικά quasiparticles. αριθμό και την ποιότητα του στερεού σώματος τους δίνεται μια δομή κατά την οποία συμβαίνουν. Υπολογίστε μπορεί να είναι, γνωρίζοντας το μέγεθος, τη συμμετρία και τα είδη των ατόμων της μοναδιαίας κυψελίδας. Με την επέλευση της φωνονίων επηρεάζουν επίσης το μήκος και τον τύπο των δεσμών μεταξύ των ιόντων στο κρυσταλλικό πλέγμα.

θεωρία μπάντα

Από στερεό συνοψίζει όλες ηλεκτρόνια της, και τα τροχιακά (και ως εκ τούτου την ενέργειά τους) θα πρέπει επίσης να γενικευθούν. Κατ 'αρχάς, πρέπει να θυμόμαστε ότι τα ηλεκτρόνια ανήκουν σε αυτή την κατηγορία σωματίδια που ονομάζονται φερμιόνια. Fermi, Dirac και Pauli μαζί διαπιστώθηκε ότι σε ένα κράτος μπορεί να είναι στο σύστημα, μόνο ένα τέτοιο σωματίδιο. Αν επιστρέψουμε στο παράδειγμα της αλάτων, κάθε κρύσταλλος, την οποία πασπαλίζουμε σούπα ή κρέας, το οποίο περιλαμβάνει ένα απίστευτο ποσό των ιόντων νατρίου και χλωρίου. Και κάθε ένα από αυτά έχει τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων, που περιστρέφονται σε πανομοιότυπα τροχιές. Πώς μπορεί αυτό να είναι; Ένα στερεό βγαίνει από την κατάσταση ως εξής: η ενέργεια του κάθε ηλεκτρόνιο σε τροχιά γύρω από τον πυρήνα, λίγο διαφορετική από οποιαδήποτε άλλη ενέργεια ηλεκτρόνια που ανήκουν στην ίδια τροχιά του άλλου ατόμου. Έτσι λαμβάνονται: στον κρύσταλλο υφίσταται εξαιρετικά πολύ ενεργειακά επίπεδα που διαφέρουν μεταξύ τους επαρκώς μικρό για να σχηματίσουν ένα συμπιεσμένο περιοχή. Οι διαταραχές οι οποίες εισάγουν φωνόνια μικρό επειδή το ένα εύρη άτομο δεν είναι πολύ ισχυρή. Το μόνο που έχει σημασία είναι η συλλογική κίνηση στο σύνολό της. Ως εκ τούτου, η ενέργεια φωνονίων, όπως ήταν «διαλυμένο» στον τομέα της ενέργειας. Με βάση αυτό και την επίδραση Mossbauer.

Ηλεκτρομαγνητική κλίμακα

Η κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων συνοδεύεται από ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Το γεγονός αυτό θέτει, για παράδειγμα, το ερώτημα γιατί ένα πλανήτη και τους δορυφόρους τους έχουν, ενώ άλλοι - όχι. Ηλεκτρομαγνητικά κύματα μπορεί να υποδιαιρεθεί σε κατηγορίες ανάλογα με τη συχνότητά τους και ως εκ τούτου ενέργειας. Αυτά τα δύο χαρακτηριστικά είναι διασυνδεδεμένα και εξαρτώνται από το μήκος κύματος. Τι είναι το αποτέλεσμα ΜόδδββυβΓ μπορεί μόνο εν συντομία, υπό την προϋπόθεση ότι ο αναγνώστης καταλαβαίνει όπου ηλεκτρομαγνητική κλίμακας βρίσκεται η ακτινοβολία γάμμα. Έτσι, το άνοιγμα της κλίμακας ερτζιανών κυμάτων. Θεωρητικά περιορίσουν το μήκος κύματος τους - διαστάσεις του σύμπαντος. Ωστόσο, η ενέργεια αυτής της ακτινοβολίας θα ήταν τόσο μικρή που είναι αδύνατο να εγγραφείτε. Ελαφρώς υψηλότερη συχνότητα στην ακτινοβολία terahertz. Ωστόσο, είναι, και τα ραδιοκύματα που παρατηρήθηκαν σε πολύ συγκεκριμένες συνθήκες: αναστολή των ηλεκτρονίων σε ένα μαγνητικό πεδίο, δονήσεις καμπτική των πολυμερών, η κίνηση του εξιτόνια στο στερεό. Πιο σαφής επόμενο μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος - η υπέρυθρη ακτινοβολία. Μεταφέρει την ενέργεια υπό μορφή θερμότητας. Ακόμα υψηλότερη ενέργεια του ορατού φωτός. Το τμήμα του φάσματος που βλέπει το ανθρώπινο μάτι είναι πολύ μικρό σε σχέση με το σύνολο της κλίμακας.

Κόκκινο φως έχει τη χαμηλότερη ενέργεια, και μωβ - το υψηλότερο. Στο πλαίσιο αυτό, είναι γνωστό παράδοξο: όσο περισσότερο κρύο νερό ενδείκνυται σε μπλε, των οποίων η ενέργεια είναι υψηλότερη από εκείνη του κόκκινου φωτός. Μετά από αυτό το υπεριώδες τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού κλίμακας έχει ήδη μια επαρκώς υψηλή συχνότητα για να διεισδύσει σε ένα στερεό. Παρά το γεγονός ότι οι άνθρωποι, όπως και τα άλλα πλάσματα που ζουν στον πλανήτη μας, δεν αντιλαμβάνονται το υπεριώδες φως, η σημασία της για την εύρυθμη λειτουργία των βιολογικών οργανισμών είναι τεράστια. Η κύρια πηγή υπεριώδους μελέτης είναι το ήλιο. Υψηλότερες τιμές της ενέργειας και την ικανότητα να διεισδύει πολλές ουσίες έχει X-ray. Η πηγή αυτής της ακτινοβολίας είναι η επιβράδυνση των ηλεκτρονίων στους ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Τα ηλεκτρόνια μπορούν να είναι και τα δύο δεσμευμένα, δηλ ανήκουν άτομα και δωρεάν. Οι ιατρικές συσκευές είναι συσκευές από ελεύθερα ηλεκτρόνια. Τέλος, το δυσκολότερο και το πιο βραχέων κυμάτων είναι η ακτινοβολία γάμμα.

Ακτίνες Χ και γάμμα

Mossbauer αποτελέσματος και η εφαρμογή της στην φυσική και τη μηχανική πρέπει να γίνει διάκριση μεταξύ ακτίνες γάμμα και ακτίνες-Χ. Από το επίπεδο της ενέργειας και, κατά συνέπεια, το μήκος κύματος είναι σε ένα πολύ ευρύ εύρος επικάλυψης. Δηλαδή, υπάρχει ένα γάμμα και ακτίνες Χ με μήκος κύματος 5 πικόμετρο. Διαφορετικές μέθοδοι για την παρασκευή τους. Όπως εξηγήθηκε ανωτέρω, η Χ-ακτινοβολία συμβαίνει όταν η επιβράδυνση των ηλεκτρονίων. Επιπλέον, σε ορισμένες διαδικασίες (συμπεριλαμβανομένων των πυρηνικών) εξαφανίζεται ηλεκτρόνιο από το εσωτερικό κέλυφος επαρκώς βαρύ άτομο, όπως το ουράνιο. Ωστόσο, άλλα ηλεκτρόνια τείνουν να πάρει τη θέση του. Τέτοιες μεταβάσεις, και να γίνει μια πηγή των ακτίνων Χ. Οι ακτίνες γάμμα είναι το αποτέλεσμα του πυρήνα μεταβάσεις από μια υψηλότερη διεγερμένη κατάσταση. Αυτή η ακτινοβολία έχει υψηλή διεισδυτική ικανότητα και ιονίζει άτομα με τα οποία αλληλεπιδρά. Όπου όταν η ακτίνα γάμμα συγκρούεται με τον πυρήνα ενός ατόμου, πρέπει να υπάρχει ένα λεγόμενο κλωτσήματος. Ωστόσο, στην πράξη αποδείχθηκε ότι η αλληλεπίδραση των ακτίνων γάμμα με το πυρήνα ενός ατόμου που ανήκει στον άκαμπτο σώμα, ο αντίκτυπος λείπει. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι η επιπλέον ενέργεια, όπως ήταν «μουτζούρες» με ηλεκτρονικά συγκροτήματα του κρυστάλλου, δημιουργώντας ένα phonon.

ισότοπα

ΜόδδββυβΓ αποτέλεσμα και η εφαρμογή της είναι στενά συνδεδεμένη με το ένα εκπληκτικό γεγονός: το φαινόμενο δεν δρα σε όλα τα χημικά στοιχεία του περιοδικού πίνακα. Επιπλέον, είναι σημαντικό μόνο για ορισμένες ουσίες ισότοπα. Αν ο αναγνώστης ξαφνικά ξεχάσει τι ισότοπα ανάκληση. Είναι γνωστό ότι κάθε δεδομένο άτομο είναι ηλεκτρικά ουδέτερο. Αυτό σημαίνει ότι στον πυρήνα των θετικών πρωτονίων όσο στο κέλυφος ηλεκτρονίων. Ωστόσο, ο πυρήνας περιέχει επίσης ένα νετρόνιο, σωματίδιο χωρίς χρέωση. Εάν αλλάξετε τον αριθμό στον πυρήνα, ηλεκτρική ουδετερότητα δεν παραβιάζεται, αλλά οι ιδιότητες του ατόμου αλλάξει ελαφρώς. Επιπλέον, συμβαίνει ότι το βαρύτερο ισότοπο είναι ραδιενεργό και είναι επιρρεπής στην αποσύνθεση, ενώ συνηθισμένη ύλη είναι αρκετά σταθερό. Αρκετά μια λίστα των στοιχείων σκυροδέματος και ισότοπα τους, οι οποίες χαρακτηρίζονται από την επίδραση Mossbauer. Ανίχνευση ⁵⁷ Fe, για παράδειγμα, είναι γενικά αξιόπιστες από το φαινόμενο αυτό.

Η χρήση των επιπτώσεων της κβαντικής μηχανικής

εμπειρία Produce, η οποία επιβεβαιώνεται από τη μία ή την άλλη υπόθεση σχετίζεται με το μικροσκοπικό κόσμο, συχνά δεν είναι εύκολο. Επιπλέον, δεν είναι σαφές τι οφέλη μπορεί να φέρει το ίδιο αποτέλεσμα ΜόδδββυβΓ; Η χρήση του, όμως, είναι αρκετά μεγάλη. Διερεύνηση των ιδιοτήτων των κρυσταλλικών υλικών, άμορφα στερεά και λεπτότατα κονιοποιημένο σκόνες λαμβάνει χώρα, μεταξύ άλλων μέσω αυτού του κβαντικού φαινομένου. Τέτοια δεδομένα απαιτούνται σε αρκετά απομακρυσμένες από τα τμήματα πρακτική (θεωρητική φυσική), και σε πολύ στενή κλάδους άνθρωπο - όπως η ιατρική. Έτσι, το αποτέλεσμα Mossbauer και η χρήση του θα πρέπει να θεωρείται ως ένα παράδειγμα της θεωρητικής ανακάλυψης, η οποία φέρνει πολλά οφέλη, ακόμα και στην καθημερινή ζωή.