Эффект Мёссбауэра

Введение

hpqscan0001Рис. 1

Резонансное ядерное поглощение (ядерная резонансная флуоресценция), явление, которое долгое время не удавалось обнаружить. Затруднения связывали с эффектом отдачи, предполагая, что испущенный при ядерном распаде гамма-квант передаёт часть своего импульса как излучающему ядру, так и поглощающему. Из-за отдачи не удавалось наблюдать совмещение невозмущённых линий излучения и поглощения, они всегда расходились на величину, превышающую их ширины (рис.1). Доказательством справедливости такого подхода считалось применение доплеровского смещения частоты линий испускания с помощью быстрого сближения источника с приемником. Однако такие опыты создавали трудность при измерении малых изменений энергии, т.к. результаты опытов зависели от точности измерений скорости привода.

Первую ядерную резонансную флуоресценцию в статическом состоянии (при неподвижном источнике и поглотителе) удалось обнаружить Рудольфу Мёссбауэру. Снизив температуру источника и приемника, он тем самым попал без доплеровской подстройки на резонансную частоту поглощения гамма-квантов. Поскольку энергия при испускании и поглощении не уменьшалась и не рассеивалась, то объяснение данному явлению он нашел в том, что отдача в момент испускания и поглощения импульса отсутствует, а точнее – передается всему кристаллу. Поэтому и называется данный эффект без отдачи.

Все последователи настолько увлеклись тонкими измерениями, которые дает эффект Мёссбауэра, что уже не вникали в суть данного резонанса, и все как один в своих публикациях повторяли, что отдача при испускании и поглощении гамма-квантов передается всему кристаллу.

Проанализировав работы разных авторов, особенно с дисперсными системами, когда кристалл низведен до размеров наночастицы, я пришел к выводу, что отдача, как таковая, вообще отсутствует. Мало того, если существовала бы отдача, то мёссбауэрская спектроскопия тонкодисперсных материалов была бы не возможна из-за их малого веса. Энергия отдачи просто отбрасывала бы частицы в противоположную сторону, в результате эффект Мёссбауэра был бы не возможен.

Поэтому считаю, что принятое в теории заключение об отдаче импульса всему кристаллу, является не корректным.

Данная работа будет посвящена раскрытию данного явления.

Кроме того, в эффекте Мёссбауэра есть ряд ключевых вопросов, которые еще не имеют удовлетворительного объяснения в теории этого явления.

1. Почему отсутствует энергия отдачи при возникновении резонанса поглощения?

2. Почему происходит сужение спектральной линии по сравнению с естественной ее шириной?

3. Почему вообще возникает столь необычный резонанс?

4. За пределами эффекта Мёссбауэра.

Для ответа на поставленные вопросы потребуется небольшой экскурс в суть данного эффекта.

А была ли отдача…

 

До открытия мёссбауэрского эффекта исследователи не могли получить рекордные добротности спектральных линий и наблюдать резонансы ядерного поглощения без доплеровской компенсации из-за отдачи. Считалось, что отдачу невозможно погасить из-за тепловых колебаний атомов в кристаллической решетке.

В естественных условиях при комнатных температурах в спектрах испускания и поглощения наблюдаются несмещенные линии с энергией, в точности равной энергии гамма–перехода, причём ширины этих линий равны естественной ширине. В этом случае линии испускания и поглощения не перекрываются, что и не позволяет наблюдать резонансное поглощение гамма–квантов (рис.1).

Явление резонансного поглощения удалось обнаружить, когда Мёссбауэр поместил излучатель и поглотитель в криостат с жидким кислородом. Если при комнатных температурах линии испускания и поглощения были разнесены на некотором расстоянии относительно друг друга, то после охлаждения они совпали на резонансной частоте без доплеровской компенсации. После чего Мёссбауэр сделал вывод, что резонансное поглощение возникает из-за отсутствия энергии отдачи. Ядра атомов, по его мнению, как бы «вмерзали» в кристалл, и тогда отдача распределялась на весь его объем, в результате у излучаемых и поглощаемых фотонов частотный сдвиг не наблюдался.

В своей статье, опубликованной в "Zeitschrift fur naturforschung", Мёссбауер писал: «Импульс отдачи воспринимает весь кристалл в целом. Кванты, испущенные или поглощенные при этом, практически не испытывают потери энергии из-за большой  массы кристалла» [1].

Почему Мёссбауэр сделал такой вывод, хотя он экспериментировал не только с низкими температурами, но и выходил на более высокие. «Температура источника менялась в пределах от точки кипения кислорода до точки кипения воды» [1].

Колебания атомов в кристаллической решетке, как мы знаем, не прекращаются даже при температуре близкой к абсолютному нулю, тогда что говорить о температуре 373 К. Так что же, только при низких температурах возникает данный эффект?

В соответствии с теорией, объясняющей данный метод, «отдача» при излучении-поглощении гамма-кванта воспринимается всем кристаллом при температурах ниже дебаевской. Такое заключение подразумевает, что для всех ядерных переходов, независимо от их энергий, эффект Мёссбауэра не должен иметь место при температурах выше дебаевской и должен возникать только ниже её.  Но оказывается, нет, например, железо (57Fe) выдает резонансы вплоть до 1046 К при температурах гораздо выше дебаевской, которая у данного изотопа равна 467оК [2].

При комнатных и более высоких температурах свободные колебания атомов сдвигают линии резонансного спектра. Поэтому, на мой взгляд, резонанс ядерного поглощения нарушает не «эффект отдачи», а тепловое колебание атомов.

Если бы резонансное поглощение наблюдалось только при низких температурах, то еще можно было как-то принять на веру, что отдача пропадает от передачи ее энергии целому кристаллу. Но при высоких температурах, когда атомы свободно колеблются около своего центра равновесия, никак невозможно передать один импульс всему кристаллу.

Поэтому, если данный эффект наблюдается при более высоких температурах, то, можно сделать вывод, что отдача отсутствует.

Еще одним серьезным аргументом, подтверждающим отсутствие отдачи, является проявление анизотропии при мёссбауэрском резонансе (эффект Гольданского-Карягина). Любое объяснение такого проявления, с позиций принятого в физике подхода к эффекту Мёссбауэра, является противоречивым. Судите сами, бесфононное излучение гамма-кванта с передачей отдачи всему кристаллу подразумевает абсолютную жёсткость кристаллической решётки,  при которой «отдача» должна восприниматься одинаково во всех направлениях данного кристалла. Поэтому, сам факт присутствия анизотропии в спектрометрии Мёссбауэра в монокристаллах, говорит об отсутствии отдачи как таковой [3].

Подобную речь об отсутствии отдачи можно вести не только о кристаллических телах, но и парообразных веществах и газах. В 1904 году американский физик Роберт Вуд обнаружил, что пары натрия, при облучении их желтым цветом, начинают светиться, испуская точно такое же излучение. Данному излучению дали название: резонансная флуоресценция. Впоследствии типичное свечение было обнаружено в парах ртути и в других веществах.

В случае паров натрия, если переизлучение происходило на одной и той же частоте, то поглощенный импульс был идентичен испущенному. Это говорит только об одном, что процессы переизлучения происходят без отдачи.

Как свидетельствует источник  [4 (с. 119)]: «Следовательно, для видимого света линии испускания и поглощения можно считать точно совмещенными друг с другом». Совмещенность линий говорит только об одном, что явление резонансной флуоресценции присутствует без отдачи.

Следовательно, относительно выше и ранее сказанного, можно заключить: квантово-механические переходы электромагнитного излучения и поглощения происходят без отдачи! Но, в этом случае возникает резонный вопрос: как возникает фотон и как он взаимодействует с веществом приемника, если энергия при этом никак не проявляется?

Углубившись в изучение данных процессов, я пришел к выводу, что вместо отдачи присутствует придача (анти отдача) [5], о которой пойдет речь ниже.

Резонансное поглощение света возникает не из-за малой энергии отдачи, а по причине автоматического присутствия эффекта Доплера в квантовых переходах, но об этом мы также поговорим немного позднее.

Отдача и возбужденное состояние атома

 Эффект_Мёссбауэра

Рис. 2

Что такое возбужденное состояние атома и что оно означает на энергетическом уровне? В квантовых системах характеризуется избыточной, по сравнению с основным состоянием, энергией. Когда атом того или иного вещества получает квант энергии, в этом случае говорят, что он его поглощает и переходит в возбужденное состояние. Данное состояние атома неустойчиво, поэтому он стремится вернуться в основное, наинизшее энергетическое состояние.

Отдаленно-приближенную модель можно представить механическим сжатием пружины (рис.2). Пружина сжата (состояние 1), а это означает, что она приобрела дополнительную энергию. Данная пружина не может находиться сколь угодно долго в этом состоянии, когда снята возмущающая сила (энергия), и она разжимается в соответствии со своим временем, определенным ее механическими свойствами (состояние 2). В момент разжатия, вследствие ее инерционности, пружина дергает платформу, на которой она была закреплена в данный момент. В результате платформа получает механический импульс (p) перемещения по направлению распрямления пружины.

Что-то подобное происходит с атомным ядром. Когда возбужденный атом испускает квант энергии, то этим же квантом получает механический импульс pp в направлении вектора гамма-кванта.

эффект Мёссбауэра

Ep – энергия фотона, с – скорость света, h – постоянная Планка, v – частота излучения, mp – масса фотона.

По существу, излучение уносит момент количества движения.

Фотон гамма-кванта в момент распада увлекает за собой атом вещества, как взведенная пружина увлекает за собой платформу. Поскольку атом химически связан в решетке и имеет большую массу, чем отлетающий фотон, то он получает импульс колебания (придачи) в направлении полета фотона.

Этот же фотон, попав в поле другого атома (мишени), дергает его на себя; атом получает импульс смещения навстречу фотону (рис 2. состояние 3). Данный атом переходит в возбужденное состояние.

В энергетических процессах нет трения, поэтому энергия передается без потерь, она переизлучается на одинаковых частотах.

Энергия излучения всегда равна энергии поглощения без потерь.

Ei = Ep

В идентичных атомах должен всегда наблюдаться резонанс поглощения, но при высоких температурах передача энергии между атомами внутри веществ вызывает их спонтанное колебание за счет импульсов от испускания фононов[1]. Эти колебания накладываются на ядерное излучение, в результате энергии для резонансного перехода не хватает, часть ее выделяется в виде теплоты. Поэтому, в квантово-механических переходах отдачи нет, а есть придача. Что, в общем, не нарушает закон сохранения энергии.

Закрепим вышесказанное с помощью дисперсных систем и эффекта Мёссбауэра, читаем далее...

Назад  Вперед


[1] Автор интерпретирует их не как квази частицы, а как крафоны (красные фотоны), красные спутники.

2 комментария

  1. Наталия:

    Это всё бред. Никакие фотоны не могут увлекать за собой атом вещества. Это во первых. Во вторых. Судя по вашим картинкам атом по прежнему состоит для вас из круглого летающего электрона и ядра. Нет в мире микроскопа в котором видели такое строение атома. Атом имеет вид пирамидки и состоит из мелких включений напоминающих параллелепипеды или кирпичики. Которые соединяются концами. Один из которых выпячивается, а другой вогнут. И структурируются в вид пирамидки, которая основанием расположена вниз, а верхушкой кверху. Типичное строение пирамид в Египте. Атом, постоянно лопаясь структурируется в новую пирамидку с меньшим или большим количеством ступеней в пирамидке. Эти последовательности структурирования и характеризует свойства вещества и отличает вещества друг от друга. И никакие электроны не бегают в проводнике. Даже логически, если представить с какой скоростью движется электрон, если б это было на самом деле миллиарды электронов двигаясь с такой скоростью просто бы превратили проводник в жидкое состояние. Ладно я вижу в действительности вид атома и его включения, но вы считаете себя умными людьми.. Так где ваша логика мышления? Вы только представьте скорость электрона по проводнику, вы не совсем дурачок, что вы не понимаете при такой скорости все расплавиться. Нет никаких электронов. Хватит ерундой заниматься. Ну вы сами можете попросить тех кто доказал такую чушь электронного строения атома показать в какой микроскоп они это увидели. Как только вы это сделаете, убедитесь, что не существует микроскопа в который хоть кто нибудь мог увидеть на данный момент строение атома. То, что пишут в книгах это просто их предположения и ни одного доказательства. Я представляю как будут высмеивать люди всего мира ученых, кода увидят настоящее строение атома. Как только это произойдет всех ученых поднимут на смех и начнутся привлечения к уголовной ответственности за бред, которому на протяжении сотни лет учили наши псевдоученые.

  2. Gennady Ershov:

    Не буду отвечать на выпады. Хочу только спросить, если «нет в мире микроскопа в котором видели такое строение атома», тогда Вы как увидели атом в виде «пирамидки и состоит из мелких включений напоминающих параллелепипеды или кирпичики?»

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *


Ваш комментарий на модерации.