Mössbauereffect

Van Wikipedia

Het Mössbauereffect is het verschijnsel dat een atoomkern die is ingebouwd in een kristalrooster, bij zeer lage temperatuur gammastraling kan uitzenden of opnemen zonder dat met terugstootenergieverliezen rekening moet worden gehouden.

[bewerk] Principe

Wanneer een vrije atoomkern kan vervallen naar een toestand van lagere energie (E komt vrij) onder uitzending van een gammaquantum, dan zal dit gammaquantum niet alle energie die ter beschikking staat kunnen krijgen, omdat de atoomkern terugstootenergie zal opnemen. Zo zal ook een gammaquantum energie moeten bezitten om geabsorbeerd te kunnen worden door dezelfde atoomkern, doordat ook nu weer de terugstootenergie opgebracht moet worden. Er is dus geen overlapping tussen de energieën van emissie en absorptie, zodat vrij e atoomkernen geen resonantieverstrooiing zullen vertonen.

Is de atoomkern echter ingeplant in een kristal, dan kan zij, zoals uit de quantummechanica volgt, energie overdragen aan (of opnemen uit) het kristalrooster alleen door uitwisseling van vibratiequanta, dwz. niet in willekeurige hoeveelheden. Wanneer de terugstootenergie klein is ten opzichte van het laagste vibratiequantum van het systeem, dan is de waarschijnlijkheid groot dat de gamma-uitstraling plaatsvindt zonder verandering in de vibratietoestand van het systeem.

[bewerk] Het experiment van Mössbauer

Mössbauer gebruikte in zijn oorspronkelijke experiment ₁₉₁Ir bij een temperatuur van 88 K. Door de bron van de gammastraling ten opzichte van de absorber te bewegen met een snelheid van 1 mm/s, bleek ten gevolge van de dopplerverschuiving (ΔE = E v/c) de overlapping tussen emissie- en absorptie-energieën reeds merkbaar veranderd te zijn. De karakteristieke mössbauerspectra worden verkregen door de transmissie van de absorber uit te zetten als functie van de relatieve snelheid tussen bron en absorber. Het grote belang van het mössbauereffect ligt in de mogelijkheid met zeer grote nauwkeurigheid lijnbreedten van gammastraling experimenteel te bepalen, zodat het een waardevolle methode geworden is voor het onderzoek van hyperfijnstructuur- en relaxatietijdeffecten in de vaste stof.

[bewerk] De relativiteitstheorie

Het mössbauereffect heeft ook een duidelijk experimenteel bewijs voor de juistheid van de algemene relativiteitstheorie geleverd. Men heeft namelijk met het mössbauereffect een uiterst kleine verschuiving geconstateerd in de energietoestanden van gelijke atoomkernen in een bron en in een absorber, als de bron zich hoger boven het aardoppervlak bevond dan de absorber. De waargenomen energieverschuiving bleek overeen te stemmen met die welke volgens de algemene relativiteitstheorie in het zwaarteveld van de aarde moet optreden.