什么是“穆斯堡尔效应”

文摘   2024-09-12 10:44   北京  

自然界中有各种各样的原子核,人工也制造了很多原子核,人们共发现了2000多种核素【原子物理学 第四版 杨福家 P332】。

但并不是所有的原子核都是稳定的,有些会自发衰变,这些元素就是常说的“放射性元素”。原子核的自发衰变大概可以分为3类:α衰变氦核)、β衰变和电子俘获(涉及电子和中微子)、γ衰变(原子核放出光子)。当然还有一些细分,就不多说了。

对于γ衰变,原子核在放出光子后,由于动量守恒原子核也会获得一部分衰变能量。需要注意,光子是原子核从高能级跃迁到低能级放出的,如果再给低能级的原子核一个合适能量的光子,原子核又可以从低能级跃迁到高能级。

现在考虑有两个相同的原子核,第一个原子核向低能态跃迁放出γ光子,由于原子核分走了一部分衰变能,所以γ光子的能量并不等于能级差,也就不能被第二个原子核吸收,更别说第二个原子核吸收光子时又会有一部分能量转换为原子核的动能(动量守恒),所以第一个原子核提供的光子能量“远远”小于第二个原子核被激发所需的能量。就算考虑上能级的自然展宽也不行(根据不确定关系,高能级上的粒子具有有限寿命,所以能级有一定宽度)。

但如果把原子核固定在晶体晶格中,就可以使得原子核衰变产生的能量几乎全部供给给光子,该光子就可以使另一个固定在晶体晶格中的原子核跃迁到高能态。这就叫穆斯堡尔效应

这是一个很精密的过程,如果有什么现象影响到了光子的能量,使光子能量偏离能级自然展宽的数量级(铁57半衰期约为10^-9s,由不确定关系能级宽约为10^-9eV),就又会导致原子核无法吸收光子,穆斯堡尔效应可以作为极灵敏的探测手段,去探测如引力红移这种细微的现象。关于引力红移的介绍,请跳转下面的文章

介绍什么是“引力红移”👇👇👇

徐虫虫1017,公众号:地球远征军什么是“引力红移”?

图片源于https://www.webbtelescope.org/contents/media/images/2024/128/01J6CXCDNSGF87TZEX379WHDXB?Type=Observations

红移在天文上很显著,难的是在地球实验室上验证。

1960年Pound和Rebka等利用穆斯堡尔效应成功验证了引力红移【微分几何入门与广义相对论 上册 第二版 梁灿彬 P315】。

本文完。

地球远征军
普通一本毕业的物理大学生,在普通一本继续读物理研究生,当个普通人的同时多多思考宇宙。记录学习物理之路上的有趣见闻,一起保持住刚学习物理时的惊喜感和好奇心,希望有生之年看到人类遨游宇宙,走向星空。
 最新文章