تأثير موسبور: اكتشاف التأثير ومعناها

المقال يقول ما هو تأثير موسبور. وكذلك مفاهيم مثل الكم، ومستوى الطاقة في الذرة والنواة الذرية، والجسم الصلب والجسيمات الرباعية الجماعية في ذلك كشفت.

متعة رياضية

اختراق في الفيزياء، الذي حدث في الأولالعقد من القرن العشرين، وطلب من العلماء معرفة جادة في الرياضيات. العديد من الاكتشافات قدمت، في طرف القلم: تم حسابها لأول مرة نظريا ووجدت فقط في وقت لاحق في الممارسة العملية.

على سبيل المثال، وجود موجات الجاذبية،التي تنبأ بها أينشتاين في عام 1910، كانت قادرة على تأكيد تجريبيا فقط في عام 2016. اندماج نجمين نيوترونيين أدى إلى ارتعاش الفضاء الذي اشتعلت فيه الفيزيائيون الأرض وسجلوا، وفتح عصر قياسات الجاذبية في علم البشرية. ليس من أجل أي شيء أن الجاذبية المذكورة هنا: هو لمثل هذه الدراسات أن تأثير موسبور هو كبير. ولكن هذا أكثر استثناء من القاعدة. في معظم الأحيان، النظريين والمتجربين يتقدمون على كعب بعضهم البعض: دراسة واحدة ولدت الحاجة إلى وصفها الرياضي، وكانت الاستنتاجات الجانبية افتراض تبعيات جديدة، لم يتم الحصول عليها بعد. وقد تبين أن تأثير موسبور هو أحد هذه الظواهر. هذه الظاهرة "العرضية" كانت افتراض ماكس بلانك، الذي تم التعبير عنه في نهاية عام 1900. وقال إنه في عالم الإلكترونات والنوى الذرية يمكن لجميع الكميات أن تأخذ القيم المنفصلة فقط، أي، كميا. وعلاوة على ذلك، وفقا لاقتناعه الخاص، كان هذا مجرد خدعة رياضية، مما جعل الحسابات أكثر ملاءمة. حتى نهاية حياته، وقال انه يعتقد ان الكم، أو أصغر جزء ممكن، مثل الضوء، ليست سوى وسيلة مناسبة لوصف، والتي لا تحمل معنى جسديا جديا.

العالم الكم

ومع ذلك، علماء آخرين مهتمينوصفا كافيا لما يحدث على نطاق الذرة، اعتبرت إمكانات مثل هذا الاستدلال، واستغرق ل بديهية أن كل شيء كميا. الإلكترونات حول نوى يمكن أن يكون إلا في مدارات معينة، والنوى الذرية أنفسهم يمكن أن يكون فقط مستويات الطاقة المحددة. القفز بينهما، نواة تولد غاما كوانتا. تأثير موسبور يؤكد أن هذا الإجراء يجب أن تولد نوعا من العودة، ولكن هذا لا يحدث. بشكل عام، جميع الكميات التي تصف سلوك نانووورلد تخضع للتكميم - وهذا هو، منفصلة. ومع ذلك، لا ينبغي لنا أن ننسى أن الدافع، الذي في التعبير عن الكروية كما نتاج كتلة في السرعة، للجسيمات الأولية هو شيء مختلف جذريا، وبالتالي يتم أيضا كميا. حتى في العلم، والتقرير الذي استمد ماكس بلانك صيغته الشهيرة التي تحتوي على قيمة ح، أو الحد الأدنى من العمل، وفتح عهدا جديدا. لقد كان عصر الفيزياء الكمومية. وأصبح تأثير موسبور، التفسير الذي أعطي في وقت لاحق لهذه الظاهرة، واحدا من أهم معالم علم القرن العشرين.

اكتشاف تأثير موسبور

كما ذكرنا أعلاه، الاستنتاجات النظريةذهب جنبا إلى جنب مع التجربة. وقد أثبتت بعض الاستنتاجات العملية على المنشآت المجمعة حرفيا "على الركبة" ومن المواد المرتجلة. وكان على العلماء أن يكونوا قادرين ليس فقط على استخلاص الصيغ، ولكن أيضا لحام المصابيح، ولوحات النشر، والعمل مع المعادن وتجميع النباتات. وبطبيعة الحال، فإن رؤساء المختبرات فقط تعميم نتائج أجنحةهم. ومع ذلك، كان كل مجرب أيضا مهندس، منذ تم تصميم الأجهزة لأغراض محددة ومباشرة في عملية البحث. لم يكن تأثير موسبور استثناء. فتحه لن يكون قد حدث لو كان الطالب الدكتوراه العنيد رودولف مسبور لم يغير طريقة القياس، تبريد التثبيت، بدلا من تسخينه، كما نصح المشرف.

الجسم الصلب

النظرية ، التي سنخبر بها القراء في هذاالمقطع ، للوهلة الأولى يبدو مفهوما. ومع ذلك ، وكما تعلمون ، فإن الخفة تتحقق دائمًا بجهود لا تصدق. وحتى يمكننا الآن أن نقول بكلمات بسيطة ما هو تأثير Mössbauer للغلايات حرفيًا ، حيث عملت كل المختبرات.

عادة ما يتم فهم المادة الصلبة باعتبارها مادةفي الحالة البلورية. تشكل نوى الذرات في هذه الحالة شكلاً دوريًا صارمًا ، في حين تكون الإلكترونات أكثر تعميماً أو أقل. بالطبع ، يتم تشكيل رابطة معدنية محددة جدا في بلورات معدنية ، وبفضلها توجد النوى كما لو كانت منفصلة عن الإلكترونات المعممة. تعيش السحابة الإلكترونية بقوانينها المستقلة ، دون الالتفات إلى سلوك الشبكة البلورية. في البلورات ، حيث توجد روابط الأيونية التقليدية والتساهمية ، ترتبط الإلكترونات بشكل وثيق بنوى "هم". ومع ذلك ، حتى أنها تتحرك بحرية أكبر بين العقد المجاورة منها في الغاز أو السائل.

يتم تحديد خصائص مادة صلبة ليس فقطالعناصر الكيميائية التي تحتوي عليها ، ولكن أيضا التماثل لترتيب الذرات بالنسبة لبعضها البعض. في المثال الكلاسيكي للكربون ، هناك بنية واحدة تؤدي إلى الجرافيت الناعم ، والأخرى هي أصعب مادة طبيعية ، ألا وهي الماس. لذا ، فإن نوع الاتصال وتناظر خلية أولية يعني الكثير بالنسبة للمادة الصلبة. في خصائص الجسم الصلب ، والكشف عن ما هو تأثير Mossbauer هو. تفسر طبيعتها من خلال ما يلي: ترتبط جميع الذرات في المواد الصلبة.

الجسيمات الجماعية

تخيل الآن كبيرة إلى حد ماشعرية ثلاثية الأبعاد. لنموذج الملح الأكثر ملاءمة: تقع نا والكلورين في القمم من مكعبات، واحدا تلو الآخر. إذا بطريقة أو بأخرى الاستيلاء على ذرة واحدة وجذبه للخروج من المكان المعتاد من التوازن، وذلك بفضل اتصال جامدة بما فيه الكفاية، بعد أن سحبت الذرات المجاورة. تظهر الحسابات أن التغيير في موقف الأساسية لديه على الأقل أي تأثير كبير على الجيران من اجل الثالثة. وهذا يعني أنه إذا كان "الاستيلاء" الصوديوم، ثم سحبت ذرات الكلور المجاورة، ذرات الصوديوم يتبعه الطبقة الخارجية من الكلور. من الواضح أن التأثير سينتشر في كل الاتجاهات. يقال عادة أن اضطرابات الجيران من الدرجة الرابعة لا تذكر. ومع ذلك ، فهي لا تساوي الصفر.

لذلك ، إذا بطريقة ما "ضرب"الكريستال أقوى (على سبيل المثال ، لإرسال ليزر أو شعاع الالكترون إليها) ، فإن الشبكة البلورية سوف تذهب "موجات". مثل هذه الحركات الجماعية ، عندما تتعرض العديد من الذرات المجاورة للبلد في نفس الوقت للتهجير ، على سبيل المثال ، إلى الأعلى أو الأسفل ، تسمى الفونونات. من أجل أن نتمكن من وصف تأثير Mossbauer للدمى ، فإننا لن ندخل في التفاصيل ونقول لك ببساطة أن الفونونات ، كما تبين ، تتصرف مثل الجسيمات الأولية. على سبيل المثال ، تكون طاقتهم مكملة ، ولديها طول موجي ، وزخم ، وهم قادرون على التفاعل مع بعضهم البعض. وبالتالي ، يطلق على الفونونات اسم الجسيمات شبه الجماعية. يتم إعطاء كمية ونوعية من هيكل الجسم الصلب الذي تنشأ فيه. يمكنك حساب ذلك من خلال معرفة حجم وتماثل وأنواع الذرات في خلية وحدة. يتأثر مظهر الفونونات أيضًا بأطوال وأنواع الروابط بين الأيونات في الشبكة البلورية.

نظرية المنطقة

بما أن الجسم الصلب يعمم جميع إلكتروناته ،يجب أيضًا تعميم المدارات (وبالتالي طاقاتها). بادئ ذي بدء ، يجب علينا أن نتذكر أن الإلكترونات تنتمي إلى هذه الطبقة من الجسيمات ، والتي تسمى الفرميونات. اكتشف فيرمي و ديراك و باولي أنه في حالة واحدة فقط يمكن أن يوجد جسيم واحد من هذا النوع في نظام معين. إذا عدنا إلى مثال الملح ، فإن كل بلورة نرش بها الحساء أو اللحم تحتوي على كمية لا تصدق من أيونات الصوديوم والكلور. ولكل منهم نفس عدد الإلكترونات التي تدور في مدارات متطابقة. كيف تكون؟ تترك المادة الصلبة الموضع كما يلي: طاقة كل إلكترون تدور حول النواة تختلف قليلاً عن طاقة أي إلكترون آخر ينتمي إلى نفس المدار لذرة أخرى. وهكذا ، يتبين: في البلورات هناك مستويات طاقة كثيرة بشكل لا يصدق تختلف عن بعضها البعض لدرجة أنها تشكل منطقة مضغوطة. إن الاضطرابات التي يصنعها الفونونات صغيرة ، لأن ذرة واحدة لا تتأرجح بقوة. القيمة ليست سوى حركة جماعية ككل. لذلك ، فإن طاقة الفونون "تذوب" كما كانت في طاقة الفرقة. هذا هو أساس تأثير Mossbauer.

مقياس كهرومغناطيسي

حركة الجسيمات المشحونة يرافقهامظهر المجال الكهرومغناطيسي. هذه الحقيقة ، على سبيل المثال ، تثير السؤال عن سبب وجود كوكب واحد وأقماره الصناعية ، في حين أن البعض الآخر لا يفعل ذلك. تنقسم الموجات الكهرومغناطيسية عادة إلى فئات وفقا لترددها ، وبالتالي الطاقة. هذان الخصائص مترابطة ، وتعتمد أيضا على الطول الموجي. ما هو تأثير Mossbauer يمكن إخباره باختصار فقط إذا كان القارئ يفهم أين يقع إشعاع غاما على مقياس كهرومغناطيسي. لذا ، افتح مقياس موجة الراديو. من الناحية النظرية ، الحد الأقصى لطول الموجة هو حجم الكون. ومع ذلك ، فإن طاقة هذه الانبعاثات ستكون صغيرة جدًا بحيث لا يمكن تسجيلها. تردد أعلى قليلا في إشعاع تيراهيرتز. ومع ذلك ، تتم ملاحظة كل من الموجة وموجات الراديو في ظروف محددة للغاية: تباطؤ الإلكترونات في مجال مغناطيسي ، ثني الاهتزازات للبوليمرات ، حركة الأكسيتونات في مادة صلبة. الجزء التالي من الطيف الكهرومغناطيسي أكثر قابلية للفهم: الأشعة تحت الحمراء. ينقل الطاقة في شكل حرارة. طاقة الإشعاع المرئي تكون أعلى. جزء الطيف الذي تراه العين البشرية صغير جدا مقارنة بالمقياس الكلي.

الضوء الأحمر يحمل أقل طاقة ، والبنفسجي - أكبر. فيما يتعلق بهذا ، فإن المفارقة معروفة: الماء الأبرد يرمز له بلون أزرق ، تكون طاقته أعلى من طاقة الإشعاع الأحمر. يحتوي الجزء فوق البنفسجي التالي من المقياس الكهرومغناطيسي على تردد عالٍ بما يكفي لاختراق الجسم الصلب. على الرغم من حقيقة أن الناس ، مثل الكائنات الحية الأخرى لكوكبنا ، لا ينظرون إلى الأشعة فوق البنفسجية ، فإن أهميتها بالنسبة لأداء الكائنات الحية الطبيعية أمر هائل. المصدر الرئيسي للأبحاث فوق البنفسجية هو الشمس. الطاقة العالية والقدرة على اختراق العديد من المواد لديها أشعة سينية. مصدر هذا الإشعاع هو تباطؤ الإلكترونات في المجالات الكهرومغناطيسية. في هذه الحالة ، يمكن أن تكون الإلكترونات متصلة ، أي أنها تنتمي إلى ذرات ، ومجانية. في الأجهزة الطبية هي الأجهزة على الإلكترونات الحرة. أخيرا ، أشعة جاما هي الأقصر والأقصر طول الموجة.

الأشعة السينية وجاما

تأثير Mossbauer وتطبيقاته في الفيزياء وتتطلب التكنولوجيا التمييز بين أشعة جاما والأشعة السينية. على مستوى الطاقة ، وبالتالي ، الطول الموجي ، فإنها تتداخل في طيف واسع جدا. أي أن هناك أشعة جاما وأشعة سينية بطول موجة من 5 picometers. هناك طرق مختلفة للحصول عليها. وكما سبق بيانه أعلاه ، يحدث انبعاث الأشعة السينية عند تباطؤ الإلكترونات. بالإضافة إلى ذلك ، في بعض العمليات (بما في ذلك العمليات النووية) ، يختفي الإلكترون من الغلاف الداخلي لذرة ثقيلة بما فيه الكفاية ، مثل اليورانيوم. في هذه الحالة ، تميل الإلكترونات الأخرى إلى أخذ مكانها. تصبح هذه التحولات مصدر الأشعة السينية. الكما غاما هي نتيجة لانتقالات النواة نفسها من حالة أكثر حماسا. هذا الإشعاع لديه قدرة اختراق كبيرة ويؤين الذرات التي يتفاعل معها. في هذه الحالة ، عندما يتصادم كم غاما مع نواة الذرة ، يجب أن يكون هناك ما يسمى بالارتداد. ومع ذلك ، في الممارسة وجد أن تفاعل غاما الكم مع نواة ذرة تنتمي إلى جسم صلب ، ليس هناك نكص. ويفسر ذلك من خلال حقيقة أن الطاقة الإضافية هي "لطخت" على المناطق الإلكترونية من الكريستال ، وبالتالي توليد فونون.

نظائر

ترتبط ارتباطا وثيقا تأثير Mossbauer وتطبيقاتهامع حقيقة واحدة مدهشة: هذه الظاهرة لا تؤثر على جميع العناصر الكيميائية في الجدول الدوري. علاوة على ذلك ، من الضروري فقط نظائر معينة من المواد. إذا نسي القارئ فجأة ما هي النظائر ، دعنا نتذكر. من المعروف أن أي ذرة مفردة محايدة كهربائيًا. وهذا يعني أنه في نواة البروتونات الإيجابية هو نفسه الموجود في وعاء الإلكترونات. ومع ذلك ، تحتوي النواة أيضًا على نيوترونات وجسيمات بدون شحن. إذا قمنا بتغيير عددهم في النواة ، فإن اللامركزية لا تنتهك ، ولكن خصائص هذه الذرة ستتغير قليلاً. وبالإضافة إلى ذلك ، يحدث أن يكون النظير الأثقل مشعاً ويميل إلى التسوس ، في حين أن المادة العادية مستقرة تماماً. إن قائمة العناصر ونظائرها ، التي يكون تأثير Mossbauer لها خاصية مميزة ، تكون ملموسة تمامًا. كشف ⁵⁷على سبيل المثال ، عادةً ما يتم الوثوق بالعار على وجه التحديد بهذه الظاهرة.

استخدام التأثيرات الكمومية

قم بإجراء تجربة يكون فيها هذا أوغالبًا ما تكون هناك فرضية أخرى مرتبطة بصغر الميكروي. بالإضافة إلى ذلك ، فمن غير الواضح ما الفوائد يمكن أن يحقق نفس التأثير من موسباور؟ ومع ذلك ، فإن التطبيق واسع للغاية. التحقيق في خصائص المواد المتبلورة ، والمواد الصلبة غير المتبلورة ومساحيق المسحوق الدقيقة يحدث ، بما في ذلك مع مساعدة من هذه الظاهرة الكوانتية. هذه البيانات مطلوبة في أقسام بعيدة بما فيه الكفاية عن الممارسة (الفيزياء النظرية) وفي تخصصات قريبة جدا - على سبيل المثال الطب. وبالتالي ، ينبغي اعتبار تأثير موسباور وتطبيقه مثالا لاكتشاف نظري ، والذي يجلب الكثير من الفوائد حتى في الحياة اليومية.

</ p>>