The Mössbauer effect is the recoil-free emission and absorption of gamma rays by atomic nuclei in solids.En 1958, un doctorant de Heidelberg, Rudolf Mössbauer, travaillait avec l'isotope iridium-191. On s'attendait à ce qu'en refroidissant, l'absorption résonnante des rayons gamma diminue en raison de la réduction de l'élargissement Doppler. Mais l'expérience a montré l'inverse : en gelant, l'absorption a fortement augmenté ! Mössbauer a compris que dans un réseau cristallin, le noyau peut émettre un quantum gamma sans recul — l'impulsion n'est pas absorbée par un seul noyau mais par l'ensemble du cristal. Cela a permis d'obtenir un rayonnement gamma d'une monochromaticité fantastique. Par exemple, pour le fer-57, la largeur naturelle de la raie n'est que d'environ 10⁻⁹ eV à une énergie de 14,4 keV — une largeur relative de l'ordre de 10⁻¹³. Aucune autre méthode spectroscopique n'atteint une telle précision.
Découvert par Rudolf Mössbauer en 1958 lors de l'étude de la diffusion résonnante de l'Ir-191. On s'attendait à ce que le refroidissement réduise l'absorption (comme dans l'expérience de Malmfors en 1953), mais ce fut l'inverse. Comprenant le rôle de la dynamique du réseau, Mössbauer créa la théorie de l'émission sans recul et publia les résultats la même année. En 1961, il reçut le prix Nobel. La première grande application fut la mesure du décalage gravitationnel vers le rouge par Pound et Rebka (1960), confirmant la relativité générale.
La spectroscopie Mössbauer mesure les déplacements isomériques (chimiques), l'éclatement quadripolaire et les éclatements magnétiques Zeeman avec une résolution de ~10⁻⁹ eV. Elle est utilisée en physique du solide, en chimie des composés de coordination, en biophysique (étude de l'hémoglobine, des enzymes) et en archéométrie. Limites : l'effet n'est observé que pour quelques nucléides (principaux : ⁵⁷Fe, ¹¹⁹Sn, ¹⁹⁷Au) dans une matrice solide, généralement à basse température (pour le fer, en dessous de ~100 K). L'installation standard nécessite un modulateur Doppler mécanique avec une cinématique de précision.
Grâce à cet effet, l'énergie des transitions nucléaires est mesurée avec une précision de l'ordre du billionième, ce qui est utilisé pour tester la relativité générale, étudier les propriétés magnétiques et chimiques des matériaux.
En 1960, Robert Pound et Glen Rebka ont réalisé une expérience célèbre dans la tour de l'université Harvard : ils ont mesuré le décalage gravitationnel vers le rouge des rayons gamma à l'aide de l'effet Mössbauer. Le décalage d'énergie, causé par une différence de hauteur de 22,5 m, n'était que de 5×10⁻¹⁵ de l'énergie initiale, mais a été enregistré avec une erreur inférieure à 1 % — une brillante confirmation de la relativité générale.
