эффект Мёссбауэраэффект
В 1958 году аспирант из Гейдельберга Рудольф Мёссбауэр работал с изотопом иридия-191. Ожидалось, что при охлаждении резонансное поглощение гамма-лучей упадёт из-за уменьшения доплеровского уширения. Но эксперимент показал обратное: при заморозке поглощение резко выросло! Мёссбауэр понял, что в кристаллической решётке ядро способно испускать гамма-квант без отдачи — импульс забирает не одно ядро, а весь кристалл как целое. Это позволило получать гамма-излучение с фантастической монохроматичностью. Например, для железа-57 естественная ширина линии составляет лишь ~10⁻⁹ эВ при энергии 14,4 кэВ — относительная ширина порядка 10⁻¹³. Никакой другой спектроскопический метод не достигает подобной точности.
Как работает
Для наблюдения эффекта образцы (источник и поглотитель) охлаждают, чтобы подавить тепловые колебания. Затем источник медленно двигают относительно поглотителя: доплеровский сдвиг слегка меняет энергию фотонов. Измеряя, при каких скоростях поглощение максимально, восстанавливают сверхтонкую структуру ядерных уровней — информацию о химическом окружении и внутренних полях. Метод используют в материаловедении, химии, биологии (например, для изучения гемсодержащих белков) и даже археологии.
💡 В 1960 году Роберт Паунд и Глен Ребка поставили знаменитый эксперимент в башне Гарвардского университета: они измерили гравитационное красное смещение гамма-лучей с помощью эффекта Мёссбауэра. Сдвиг энергии, вызванный разницей высот в 22,5 м, составил всего 5×10⁻¹⁵ от исходной энергии, но был зарегистрирован с ошибкой менее 1% — блестящее подтверждение общей теории относительности.
E_r = \frac{E_\gamma^2}{2 M c^2}
E_r — энергия отдачи (Дж); E_γ — энергия испущенного гамма-кванта (Дж); M — масса ядра (кг); c — скорость света в вакууме (c ≈ 3×10⁸ м/с).