Лекцию на эту тему прочитал физик Алмаз Зиннатуллин.
В рамках XIII серии научно-популярного проекта «PROНаука в КФУ» младший научный сотрудник кафедры квантовой электроники и радиоспектроскопии Института физики Казанского федерального университета Алмаз Зиннатуллин выступил с лекцией «Эффект Мёссбауэра – от строения атома до квантового компьютера».
В начале молодой ученый пояснил, что эффектом Мёссбауэра называется ядерный гамма-резонанс, а лекция будет посвящена ядрам атомов.
«Сегодня мы будем говорить о ядрах – одних из самых маленьких элементарных частиц во Вселенной. Каждое ядро уникально. У него есть характеристика: спин, магнитный момент, электрический квадрупольный момент. Некоторые ядра оказываются нестабильны во времени и в результате претерпевают так называемый радиоактивный распад. За открытие радиоактивного распада в 1908 году Резерфорд был удостоен Нобелевской премии. Радиоактивный распад бывает разных видов: α-распад, β-распад и γ-распад. Сегодня мы поговорим о γ-распаде. В результате γ-распада возникают γ-лучи. Это такие же электромагнитные волны, как свет, который нас окружает. Однако они имеют более высокую энергию по сравнению с оптическими фотонами», – ввел в курс дела Алмаз Зиннатуллин.
Далее он объяснил, что такое резонанс, и привел примеры резонанса.
«Классическим примером является эксперимент с двумя звуковыми камертонами. Если камертоны настроены друг под друга, то, когда вы ударяете в один камертон, под воздействием звуковой волны этого камертона возбуждается другой и начинает издавать звук. Это значит, что второй камертон вошел в резонанс со звуковой волной первого камертона», – сказал ученый.
А. Зиннатулин отметил, что в 1961 году Рудольф Мёссбауэр был удостоен Нобелевской премии «за исследование резонансного поглощения гамма-излучения и открытие в этой связи эффекта, носящего его имя».
«А что было до этого? В 1852 году Стокс открыл явление флуоресценции, в 1900 году Поль Виллар открыл гамма-излучение, а в 1903 году Эрнест Резерфорд назвал эти лучи гамма-лучами. В 1904 году Вуд исследовал явление резонансной оптической флуоресценции. В 1929 году Кун попытался наблюдать резонансное поглощение гамма-лучей на ядрах, однако у них это не получилось. При этом он отметил, что поглощение уменьшается из-за отдачи атома при излучении гамма-фотона. В 1939 году Лэмб описал взаимодействие нейтронов с атомами в кристалле. Это будет основой будущей теории эффекта Мёссбауэра», – сделал исторический экскурс лектор.
Как сообщил выступающий, эффект Мёссбауэра – это явление резонансного испускания и поглощения гамма-лучей без отдачи излучающего и поглощающего ядра.
«Классически эффект Мёссбауэра можно объяснить следующим образом: представьте, что вы находитесь в лодке посередине озера летом, ветра нет. В руках у вас меч. Когда вы бросаете меч, вы излучаете гамма-фотон и ваша лодка отплывает. Это и есть эффект отдачи. Представим то же озеро и лодку зимой. Озеро замерзло. Если вы бросите меч, ваша лодка не будет отплывать, отдачи не будет. И таким образом линия излучения и линия поглощения будут полностью совпадать. И будет наблюдаться эффект ядерной флуоресценции», – объяснил А. Зиннатуллин.
Как отметил ученый, на эффекте Мёссбауэра основана Мёссбауэровская спектроскопия – метод ядерного гамма-резонанса, который заключается в резонансном поглощении без отдачи атомным ядром монохроматического гамма-излучения, испускаемого радиоактивным источником.
При помощи этого метода были исследованы, в частности, железосодержащие породы на поверхности Марса.
«Профессором Клингельхёфером был сконструирован маленький спектрометр. Его установили на марсоходы Spirit b Opportunity. Полученные таким образом мёссбауэровские спектры показали присутствие на поверхности планеты минерала ярозита. Примечательно, что этот минерал возникает только в том случае, если существует вода. Наличие ярозита на поверхности Марса указывает на присутствие воды», – проинформировал физик.
Он также сообщил, что с помощью эффекта Мёссбауэра можно наблюдать гравитационное смещение линий фотонов, оно было предсказано еще Эйнштейном, в рамках общей теории относительности, в 1915 году.
«Другим интересным экспериментом является изменение формы фотона. Имеется в виду его временная форма. Как было показано моим научным руководителем, доцентом кафедры физики твердого тела Института физики КФУ Фаридом Вагизовым, форму фотона можно изменять. Это имеет значение для квантового компьютинга», – сказал в завершение лекции Алмаз Зиннатуллин.
Выступающий также продемонстрировал зрителям спектры, полученные с помощью мёссбауэровской спектроскопии в Казанском университете.
С записями лекций можно ознакомиться на сайте «PROНаука в КФУ».