Mössbauer-effekt, også kalt rekylfri gamma-ray resonansabsorpsjon, kjernefysisk prosess som tillater resonansabsorpsjon av gammastråler. Det gjøres mulig ved å feste atomkjerner i gitteret til faste stoffer slik at energi ikke går tapt i rekyl under utslipp og absorpsjon av stråling. Prosessen, oppdaget av den tyskfødte fysikeren Rudolf L. Mössbauer i 1957, utgjør et nyttig verktøy for å studere forskjellige vitenskapelige fenomener.
For å forstå grunnlaget for Mössbauer-effekten, er det nødvendig å forstå flere grunnleggende prinsipper. Den første av disse er Doppler-skiftet. Når et lokomotiv plystrer, økes lydbølgenes frekvens eller tonehøyde mens fløyta nærmer seg en lytter og reduseres etter hvert som fløyten går tilbake. Doppler-formelen uttrykker denne endringen, eller skiftet i frekvens, av bølgene som en lineær funksjon av lokomotivets hastighet. Tilsvarende når kjernen til et atom utstråler elektromagnetisk energi i form av en bølgepakke kjent som en gammastrålefoton, er den også underlagt Doppler-skiftet. Frekvensendringen, som blir oppfattet som en energiendring, avhenger av hvor fort kjernen beveger seg med hensyn til observatøren.
Det andre konseptet, kjernefysisk rekyl, kan illustreres av en rifles oppførsel. Hvis den holdes løst under skyting, vil rekylen eller "sparken" være voldelig. Hvis den holdes fast mot skytterens skulder, vil rekylen reduseres kraftig. Forskjellen i de to situasjonene skyldes det faktum at momentum (produktet av masse og hastighet) er bevart: momentumet til systemet som avfyrer et prosjektil, må være motsatt og lik prosjektilets. Ved å støtte riflen fast inkluderer markøren kroppen hans, med dens mye større masse, som en del av skytsystemet og systemets bakoverhastighet reduseres tilsvarende. En atomkjerne er underlagt den samme loven. Når stråling sendes ut i form av en gammastråle, opplever atomet med kjernen en rekyl på grunn av gammastrålens fart. En lignende rekyl oppstår under absorpsjon av stråling av en kjerne.
Til slutt er det nødvendig å forstå prinsippene for absorpsjon av gammastråler fra kjerner. Kjerner kan bare eksistere i bestemte energitilstander. For at en gammastråle skal tas opp, må energien være nøyaktig lik forskjellen mellom to av disse tilstandene. En slik absorpsjon kalles resonansabsorpsjon. En gammastråle som sprøytes ut fra en kjerne i et fritt atom, kan ikke absorberes resonant av en lignende kjerne i et annet atom fordi dens energi er mindre enn resonansenergien med en mengde som er lik den kinetiske energien gitt til den tilbakefylte kildekjernen.
Prinsipper for anvendelse
Ved å legge inn samme type kjerner i to faste stoffer, de i det ene faste stoffet er i utstrålende eller eksitert tilstand og de i det andre er i en absorberende eller bakket tilstand, er det mulig å bruke gammastråling fra det første faste stoffet for resonansabsorpsjon i den andre. Metoden er så følsom at hvis det ene faststoffet beveger seg relativt til det andre med en hastighet så liten som en tiendedel av en centimeter per sekund, blir resonansen ødelagt av Doppler-skiftet i gammastrålenergien. I dette faktum ligger nytten av Mössbauer-effekten som et verktøy for eksperimentell fysikk. Hvis en energitilstand for den strålende eller absorberende kjernen blir forstyrret av noen ytre effekt, vil resonansabsorpsjon også bli ugyldig. Ved å variere den relative hastigheten til de utstrålende og absorbere faste stoffer til resonansabsorpsjonen er gjenopprettet, kan den nøyaktige størrelsen på den forstyrrende effekten bestemmes.
Apparater
Mössbauer-effekten observeres vanligvis ved å måle overføringen av gammastråler fra en radioaktiv kilde gjennom en absorber som inneholder samme isotop i grunntilstand. Enheten som brukes til dette eksperimentet, kalles et Mössbauer-effekt Doppler-hastighetsspektrometer fordi det benytter Doppler-skiftet til å skanne et område med energi i nærheten av energien til selve gammastrålen. Et spektrometer som benytter dette konseptet er skjematisk vist i figur 1. En radioaktiv kilde er montert på en elektromekanisk transduser som beveger seg med en veldefinert hastighet. Generelt er hastigheter på noen få centimeter per sekund nødvendig. Energien fra de utsendte gammastrålene blir forskjøvet, på grunn av Doppler-effekten, med en mengde proporsjonal med hastigheten. I dette eksemplet er kjerner i den radioaktive kilden og resonansabsorberen identiske, uten å ha blitt forstyrret av et utenfor felt. Gamma-strålene passerer gjennom en absorpsjon som inneholder resonansisotopen og blir oppdaget av en proporsjonal teller. Gamma-strålene detektert per sekund er plottet som en funksjon av Doppler-hastigheten, noe som resulterer i et Mössbauer-effektabsorpsjonsspekter som det som er vist i figur 2. Fallet i tellehastighet i sentrum skyldes resonansabsorpsjon - dvs. Mössbauer-effekten. Med høy positiv eller negativ hastighet har resonansabsorpsjonen blitt ødelagt av Doppler-skiftet.
