3.5 Эффект Мёссбауэра
В 1958г. немецкий физик Рудольф Мёссбауэр открыл, что при некоторых условиях линии поглощения и испускания -лучей совпадают по частоте. При этом резонанс настолько резкий, что например, ничтожные магнитные поля, движение источника или приемника со скоростями в несколько см/сек, движение фотона в поле тяготения Земли способно полностью уничтожить резонансное поглощение.
В
обычных условиях -эффект,
испущенный
покоившимся ядром при переходе
из возбужденного состояния в нормальное,
не может быть захвачен покоящимся ядром,
находящимся в нормальном состоянии.
Это связано с тем, что
энергии фотона недостаточно для перевода
ядра в то же самое возбужденное состояние.
Действительно, если возбужденное
состояние отличается от нормального
на величину энергии Е,
то энергия излученного фотона будет
меньше
Е
в силу явления отдачи — фотон уносит
импульс
,
следовательно,
таким же должен быть импульс отдачи, но
при отдаче ядро должно получить
и соответствующую кинетическую энергию:
,
откуда
.
Ядро может поглотить фотон, который будет иметь энергию
,
поскольку
пойдет
на сообщение
кинетической энергии
ядру, поглотившему фотон.
Но
эффект Мёссбауэра именно
в том и состоит, что в некоторых
случаях энергия
фотона равна
изменению внутриядерной
энергии: hv
=
Е.
Это можно легко понять, если предположить, что при излучении фотона импульс отдачи, для некоторых ядер передается кристаллической решетке в целом посредством внутрикристаллических сил. Тогда М это масса всего кристалла, и
,
т.е. отдачи нет, это квантовый подход к явлению. Но возможно и классическое объяснение: излучающее ядро колеблется, в результате Доплер-эффекта частота излучения модулируется, вследствие чего в спектре излучения возникают несмещенные частоты, определяемые соотношением hv = Е.
Расчеты для интенсивности по квантовой и классической теориям совпадают.
На рис. 5 представлена схема наблюдения. На платформе, вращающейся вокруг центра О, расположен иридиевый 1r191 источник -лучей с энергией фотона 129 кэв. Свинцовая защита Рb позволяет выделять узкий параллельный пучок -лучей, которые регистрируются детектором D, На пути -лучей располагается поглотитель П. В качестве поглотителя используется иридий, а для сравнения он заменяется платиновой пластиной такой же толщины. Для уменьшения теплового колебания ядер излучатель и поглотитель помещаются в термостат (Т = 88°К). На рис. 6 представлено изменение относительной интенсивности -лучей, измеряемой детектором D, в зависимости от скорости излучателя (IIr,IPt это интенсивности, измеряемые детектором за иридиевым (IIr) к платиновым (IPt) поглотителями). Обращает на себя внимание резкая зависимость эффекта от скорости и энергии излучающих ядер. Поглощение практически не наблюдается при скоростях >2см/сек, что соответствует энергии 10-5 эв, или относительному изменению энергии:
.
Использование других веществ позволяет наблюдать относительное изменение энергии ~1016 , что почти на четыре порядка меньше величины, измеряемой методами молекулярного генератора.
Высокая точность в измерении изменений энергии с помощью эффекта Мёссбауэра позволяет подвергать проверке многие выводы теории.
Например, Паунд (1960) подверг проверке некоторые выводы общей теории относительности Эйнштейна. Паунд показал, что изменение частоты, фотона, обусловленное движением в поле тяготения Земли, находится в хорошем согласии с теорией.
При этом источник и приемник располагались по вертикали на расстоянии всего в несколько метров.