к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Мёссбауэра эффект (ядерный g-резонанс)

Мёссбауэра эффект (ядерный g-резонанс) - испускание или поглощение g-квантов атомными ядрами в твёрдом теле (обусловленное ядерными переходами), не сопровождающееся изменением колебат. энергии тела, т. е. испусканием или поглощением фононов (без отдачи). Открыт P. Мёссбауэром (R. Mossbauer) в 1958. Таким переходам соответствуют линии испускания и поглощения 3019-139.jpg-лучей, обладающие естеств. шириной 3019-140.jpg , где т - ср. время жизни возбуждённого состояния ядра, участвующего в g-переходе (см. Ширина спектральной линии ),и энергией3019-141.jpg, равной энергии перехода. Благодаря M. э. стали возможными измерения спектров испускания, поглощения и резонансного рассеяния g-квантов низколежащих 3019-142.jpg кэВ)

и долгоживущих возбуждённых ядерных уровней 3019-143.jpg с разрешением порядка естеств. ширины уровня Г.

M. э. наблюдается для 73 изотопов 41 элемента. Получены линии с рекордно малыми значениями отношения 3019-144.jpg С помощью таких линий стали возможными измерения гравитац. красного смещения спектральных линий в земных условиях, до открытия M. э. проявлявшиеся лишь в астр, наблюдениях.

Малые величины абс. значений Г3020-1.jpg позволяют проводить измерения сдвигов и расщеплений линий, обусловленных взаимодействием ядра с внутренними электрич. и магн. полями и тем самым получать информацию о структуре, составе, хим. связях и магн. свойствах вещества, содержащего резонансный нуклид. Измерения вероятности M. э., т. е. доли испущенных или поглощённых 3020-2.jpg-квантов без отдачи, и её зависимости от температуры T позволяют получить сведения об особенностях взаимодействия атомов в твёрдых телах и о колебаниях кристаллической решётки (напр., о фононном спектре). Благодаря этому M. э. широко применяется как метод исследования твёрдых тел с приложениями в разл. областях науки и техники (см. Мёссбауэровская спектроскопия ).За открытие M. э. в 1962 P. Мёссбауэру присуждена Нобелевская премия.

Природа M. э. При испускании или поглощении 3020-3.jpg -кванта свободное неподвижное ядро приобретает импульс 3020-4.jpg, где- 3020-5.jpg энергия 3020-6.jpg-кванта, и энергию поступат. движения3020-7.jpg, где M - масса ядра. В результате энергия испускаемых3020-8.jpgквантов оказывается меньше энергии ядерного перехода3020-9.jpgна величину R; резонансно поглощаются3020-10.jpg-кванты с энергией, большей3020-11.jpgна ту же величину. T. о., линии испускания и поглощения смещены друг относительно друга на 2R. В газах за счёт теплового движения и Доплера аффекта происходит уширение 3020-12.jpg-линий на величину 3020-13.jpg и их небольшое перекрытие (рис. 1, а).


3020-14.jpg


Для ядерных переходов всегда3020-15.jpg Ввиду этого действующее сечение резонансного поглощения очень мало; эффект можно увеличить нек-рыми искусств, приёмами, однако и при этом он остаётся трудно наблюдаемым.

В твёрдом теле благодаря взаимодействию атомов энергия отдачи превращается в энергию колебаний кристаллич. решётки (испускание и поглощение фононов). Однако процессы испускания и поглощения 3020-16.jpg -квантов приобретают вероятностный характер. В среднем на один испущенный3020-17.jpg-квант кристаллу передаётся энергия, в точности равная энергии отдачи R. При этом возможны как процессы испускания и поглощения3020-18.jpg-квантов с возбуждением3020-19.jpgи поглощением фононов 3020-20.jpg, так и процесс без отдачи, т. е. M. э., когда энергия испускаемых3020-21.jpg-квантов с точностью до Г равна энергии ядерного перехода (рис. 1,6).

M. э. можно объяснить на классич. языке без привлечения квантовой механики. Движущееся ядро в возбуждённом состоянии можно рассматривать как излучатель с несущей частотой 3020-22.jpg с затуханием 3020-23.jpg подверженный за счёт движения ядра фазовой модуляции. Электрич. поле излучаемой волны

3020-24.jpg

Здесь3020-25.jpg- константа,3020-26.jpg- волновой вектор3020-27.jpg-кванта, 3020-28.jpg - координата ядра в момент3020-29.jpg Несмещённая линия естеств. ширины появляется пои таких движениях ядра, когда среднее по времени3020-30.jpgот фазового множителя отлично от О, т. е.:

3020-31.jpg

Величина3020-32.jpgопределяет интенсивность несмещённой линии и названа фактором Мёссбауэра. Если ядро движется в огранич. пространстве,то только при спец. типах движения3020-33.jpgВ подавляющем большинстве случаев3020-34.jpg Колебат. движение ядра в твёрдых телах носит огранич. характер, и в приближении гармонич. колебаний

где 3020-35.jpg- ср. квадрат3020-36.jpg

смещения ядра от положения равновесия в направлении полёта 3020-37.jpg-квантов; 3020-38.jpg3020-39.jpg - приведённая длина волны излучателя.

лвантовомеханич. рассмотрение приводит также к ф-ле (3), но позволяет учесть при вычислении3020-40.jpgкак тепловые, так и нулевые колебания атомов. Фактор Мёсс-бауэра во многом аналогичен Дебая - Уоллера фактору, определяющему вероятность упругого рассеяния рентг. лучей и нейтронов в твёрдых телах. С ростом температуры3020-41.jpgувеличивается, а3020-42.jpgпадает. Характер зависимости3020-43.jpgопределяется MH. факторами: значениями силовых констант, составом и структурой кристалла и т. п. Однако для 3020-44.jpg-переходов низких энергий3020-45.jpg сохраняет заметную величину вплоть до температуры плавления. С увеличением3020-46.jpg (уменьшением3020-47.jpg резко падает, и для сохранения доступной измерению величины fM источник и поглотитель обычно охлаждают до3020-48.jpgК. При3020-49.jpgК за счёт нулевых колебаний 3020-50.jpg остаётся конечным, и это обстоятельство ограничивает возможности наблюдения несмещённой линии для переходов с большими3020-51.jpg

В жидкости атомы или молекулы за счёт диффузии могут перемещаться на сколь угодно большие расстояния, поэтому наблюдать несмещённую линию естеств. ширины в жидкостях нельзя. Однако т. к. время жизни возбуждённого ядерного уровня конечно, то, если перемещение за время3020-52.jpgмало или сравнимо с3020-53.jpg, спектры испускания и поглощения3020-54.jpg-квантов не должны сильно отличаться от соответствующих спектров твёрдых тел. Анализ показывает, что при учёте как колебательного, так и диффузионного движений в спектрах поглощения и испускания содержится несмещённая линия, но уширенная на величину3020-55.jpgгде D - коэф. диффузии (рис. 1,в). Для большинства жидкостей D велики, а линии поглощения и испускания сильно уширены, и их наблюдение затруднено. Исключение составляют жидкости с большой вязкостью .В твёрдых телах при высоких T также наблюдается заметное уширенив несмещённой линии за счёт диффузии.

В твёрдых телах часть спектра испускания и поглощения соответствует процессам с отдачей, т. е. с возбуждением или поглощением фононов. Эта часть распределена по интервалу энергий3020-56.jpg, где3020-57.jpg- характерная частота фононного спектра. T. к.3020-58.jpg то измерения деталей этого распределения невозможны. Исключения составляют случаи, когда в3020-59.jpg сильно представлены гармоники с НЧ. Если, напр., возбудить УЗ-колебания достаточно большой интенсивности с частотой 3020-60.jpgто в спектрах поглощения и испускания наблюдаются дополнит, линии (сателлиты), отстоящие от несмещённой линии на расстояния 3020-61.jpg, где n - целое число (рис. 2,а). Сателлиты соответствуют процессам испускания 3020-62.jpg-квантов с возбуждением и поглощением УЗ-фононов.


Рис. 2. Спектры испускания и поглощения g-лучей в твёрдых телах при ультразвуковой накачке частоты (а) и при ограниченной диффузии (б).


3020-63.jpg


В больших биол. молекулах или сложных хим. веществах отд. фрагменты молекул могут занимать не одно, а неск. устойчивых равновесных положений, и при достаточно высоких T происходят случайные переходы фрагмента из одного состояния в другое. T. к. движение фрагмента ограничено в пространстве, то спектры поглощения и испускания ядер, входящие в состав таких фрагментов, содержат несмещённую линию естеств. ширины. Кроме этой линии наблюдаются дополнит, линии лоренцевой формы (рис. 2,6), отражающие характер "перескокового" движения, к-рое можно рассматривать как диффузию в огранич. пространстве.


Движение ядер приводит к температурному сдвигу линии за счёт эффекта Доплера второго порядка на величину 3020-64.jpg, где 3020-65.jpg- скорость движения излучающего или поглощающего ядра. Сдвиг очень мал 3020-66.jpg, и только благодаря узости несмещённых линий его можно наблюдать. С увеличением температуры 3020-67.jpgувеличивается и энергия испускаемых и поглощаемых 3020-68.jpg-квантов уменьшается. При высоких T независимо от агрегатного состояния вещества3020-69.jpgи соответственно:


3020-70.jpg


Эффект Доплера второго порядка проявляет себя по-разному в разд. агрегатных состояниях. В газах наряду со сдвигом линии3020-71.jpgвозникает и уширение линии 3020-72.jpg , сравнимое с3020-73.jpgВ твёрдых телах3020-74.jpgнамного меньше сдвига линии и практически не наблюдается.

Наблюдение M. э. возможно с помощью спектрометра, схема к-рого приведена на рис. 3. Источнику3020-75.jpg-квантов сообщается скорость u (относительно) поглотителя, при этом энергия g-кванта за счёт эффекта Доплера меняется на величину3020-76.jpg Скорости в интервале 0,1 - 10 см/с приводят к смещению линии на величину3020-78.jpgПоглотитель содержит те же ядра, что и источник, но в основном состоянии. Меняя скорость v, можно совместить или раздвинуть линии испускания и поглощения.



3020-77.jpg

Если линии в источнике и поглотителе сильно раздвинуты, то поглощение 3020-79.jpg-квантов происходит за счёт нерезонансных процессов (в основном за счёт фотоэлек-трич. поглощения атомарными электронами и эффекта Комптона). При совмещении линии общее сечение поглощения увеличивается, а число прошедших через поглотитель 3020-80.jpg-квантов, регистрируемых детектором, уменьшается.


рис. 4. Зависимость относительной разности интенсивностей I g -излучения, проходящего через иридиевый (I1r ) и платиновый ( Ipt ) поглотители, от скорости v источника относительно поглотителя.


3020-81.jpg


Экспериментально можно не только обнаружить резонансное поглощение, но и исследовать форму линии поглощения. На рис. 4 приведены результаты эксперимента Мёссбауэра, в к-ром изучалось резонансное поглощение g-лучей с энергией3020-82.jpg=129 кэВ, испускаемых при переходе ядра 191Ir из первого возбуждённого состояния в основное (рис. 5). Источником служила пластинка металла 191Os (см. ниже).

Источник и поглотитель 191Ir поддерживались при T = 77 К (платиновый поглотитель использовался для измерения нерезонансного поглощения). Наблюдаемая ширина провала отвечает ширине возбуждённого уровня 191Ir (Г = 5· 10-6 эВ).


3020-83.jpg

Источники резонансных g-квантов представляют собой обычно радиоакт. ядра с большим периодом полураспада 3020-84.jpg введённые в твердотельную матрицу (3020-85.jpgот неск. часов до неск. лет). В результате ядерных превращений (К-захвата или a-распадов) и последующего каскада g-переходов образуется возбуждённое ядро, испускающее резонансные g-кванты (рис. 5). В первом эксперименте Мёссбауэра источником служил р-ра-диоактивный 191Os. Ядра в возбуждённом состоянии получаются в ходе ядерных реакций [напр., 40K в результате реакции 3020-86.jpgи при кулонов-ском возбуждении ядер3020-87.jpg. Удалось выделить резонансные 3020-88.jpg-кванты из синхротронного излучения (с помощью дифракции3020-89.jpg-квантов на ядрах), в частности линию с энергией 14,4 кэВ, соответствующей энергии перехода ядра 3020-90.jpg с монохроматичностью 3020-91.jpg т. е. сравнимой с Г переходом ядра3020-92.jpg Это открывает возможности получения мощных и узконаправленных источников резонансных g-квантов.

Сечение резонансного поглощения 3020-93.jpg-квантов sрез в твёрдых телах определяется длиной волны3020-94.jpg-излучения, вероятностью M. э. (fM), спинами ядер в основном (I0) и возбуждённом (IB) состояниях, а также вероятностью процесса конверсии внутренней


3020-95.jpg


Здесь К - коэф. внутренней конверсии. Величина K(1+ K) определяет вероятность того, что поглотившее 3020-96.jpg-квант ядро перейдёт затем в осн. состояние, передав энергию атомарным электронам. Коэф.3020-97.jpgпоявляется как следствие квантовомеханич. эффекта - интерференции резонансного и нерезонансного (фотоэффект) процессов поглощения, имеет заметную величину лишь для переходов мультипольности El. Линии поглощения g-квантов в переходах El имеют ярко выраженную асимметрию (рис. 6). Для переходов др. мультипольности коэф.3020-98.jpgпренебрежимо мал и энергетич. зависимость сечения поглощения имеет лоренцеву форму. В твёрдом теле возможно упругое резонансное рассеяние g-кантов на ядрах, при к-ром энергии рассеянных3020-99.jpg и падающих 3020-100.jpg-квантов 3020-101.jpg строго равны. Сечение такого процесса sупр пропорц. произведению вероятности поглощения без отдачи (f M) и вероятности испускания без отдачи3020-102.jpg


3020-103.jpg


Сечение упругого нерезонансного рассеяния 3020-104.jpg-квантов и рентг. лучей (напр., на атомарных электронах) пропорц. фактору Дебая - Уоллера, зависящему лишь от передаваемого твёрдому телу импульса.

Процесс упругого резонансного рассеяния происходит как бы в два этапа: резонансное поглощение и затем резонансное испускание. И тем не менее часть упруго рассеянных 3020-105.jpg-квантов рассеивается когерентно, т. е. разность фаз падающей и рассеянных волн имеет строго определённое значение, зависящее от энергий падающих3020-106.jpg-квантов.

Когерентные эффекты. Волны, соответствующие когерентно рассеянным3020-107.jpg квантам от двух рассеива-телей, могут интерферировать друг с другом, а в случае, когда резонансно рассеивающие ядра регулярно внедрены в кристаллич. решётку, возможна резонансная ядерная дифракция 3020-109.jpg -квантов. При определённых направлениях падения 3020-110.jpg -квантов на кристалл, определяемых Брэгга - Вульфа условием, возникает сильное дифракц. рассеяние, во многом аналогичное дифракц. рассеянию рентг. лучей. Благодаря резонансной ядерной дифракции появляется возможность выделения резонансных3020-111.jpg-квантов из синхротронного излучения.


3020-108.jpg


При резонансной ядерной дифракции на совершенных кристаллах, содержащих высокую концентрацию резонансно рассеивающих ядер, имеет место подавление неупругих каналов ядерной реакции. При точном выполнении условия Брэгга - Вульфа по мере увеличения амплитуды дифрагированной волны сечение резонансного поглощения уменьшается и может строго обратиться в 0. При этом полностью прекращаются все неупругие процессы, сопровождающие резонансное поглощение (напр., процесс внутр. конверсии, неупругое испускание3020-112.jpg-квантов), а когерентная суперпозиция из падающей и дифрагированной волн распространяется по кристаллу без поглощения. Особенность эффекта подавления состоит в том, что колебания атомов в кристалле не восстанавливают даже частично резонансное поглощение.

Анализ когерентных явлений базируется на концепции коллективного возбуждённого ядра, согласно к-рой невозможно указать положение возбуждённого ядра, образовавшегося после поглощения 3020-113.jpg-кванта.

Литература по эффекту Мёссбауэра (ядерному g-резонансу)

  1. Эффект Мёссбауэра. Сб. ст. [Переводы], M., 1962;
  2. Каган Ю., К теории температурного красного смещения и уширения линии Мёссбауэра, "ЖЭТФ", 1964, т. 47, в. 1, с. 366;
  3. Sauer С.,Matthias E.,Mossbauer R. L., Recoilless resonance absorption and hyperfine structure of the 6. 2-ke V state in 181 Ta, "Phys. Rev. Lett.", 1968, v. 21, p. 961;
  4. Каган Ю. M., Афанасьев A. M., Войтовецкий В. К., Интерференция процессов конверсии и фотоэффекта при поглощении мёссбауэровского излучения, "Письма в ЖЭТФ", 1969, т. 9, с. 155;
  5. Мёссбауэр P.Л., Стохастические движения атомов в белках, "Химическая физика", 1982, M 10, с. 1299;
  6. Gеrdau E. и др., Nuclear bragg diffraction of synchrotron radiation in yittrium iron garnet, "Phys. Rev. Lett.", 1985, v. 54, p. 835;
  7. Van Burck U., Coherent effects in resonant diffraction theory, "Hyperfine Interactions", 1986, v. 27, p. 289;
  8. Smirnоv G. V., Coherent effects in resonant diffraction: experiment, там же, р. 203.

A. M. Афанасьев

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 13.06.2019 - 05:11: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМА ГЛОБАЛЬНОЙ ГИБЕЛИ ПЧЁЛ И ДРУГИХ ОПЫЛИТЕЛЕЙ РАСТЕНИЙ - Карим_Хайдаров.
12.06.2019 - 09:05: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:05: ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИКА - Experimental Physics -> Эксперименты Сёрла и его последователей с магнитами - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:03: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Маклакова - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:18: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Светланы Вислобоковой - Карим_Хайдаров.
11.06.2019 - 06:28: АСТРОФИЗИКА - Astrophysics -> К 110 летию Тунгуской катастрофы - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 21:23: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:27: СОВЕСТЬ - Conscience -> Высший разум - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:24: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:14: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
10.06.2019 - 08:40: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution