Открытый в 1958 немецким физиком Р.Мёссбауэром, эффект основан на известных теоретических принципах, которые Мёссбауэр впервые применил к процессам g-излучения. Когда атом кристалла, поглощая или излучая энергию, приобретает небольшой импульс, он обычно претерпевает отдачу, излучая звуковые волны (фононы), и его энергия уменьшается. При испускании g-кванта ядро отдачи движется со скоростью, примерно равной скорости звука в кристалле v_зв., и доплеровский сдвиг частоты испускаемого излучения, обусловленный этим движением, составляет примерно v_зв./c, где c – скорость света. Это отношение обычно равно ~10^–6. Энергия кванта пропорциональна его частоте, и при вылете из кристалла квант теряет примерно одну миллионную долю своей энергии. См. также ДОПЛЕРА ЭФФЕКТ.

Аналогичная картина наблюдается при поглощении g-кванта. Естественная ширина линии Dn связана со временем жизни возбужденного состояния t соотношением Dn = 1/t. Следовательно, относительная ширина линии равна:

Для долгоживущих возбужденных состояний эта величина составляет 10^–10–10^–15, так что доплеровский сдвиг может в миллион раз превышать естественную ширину линии. В результате ядро оказывается неспособно поглощать собственное излучение. Спектральные линии испускания и поглощения для неупругих переходов сдвинуты по разные стороны относительно E₀ (энергии ядерного перехода при упругом столкновении) и сильно уширены. Можно показать, что при испускании или поглощении ядром g-кванта системе, содержащей это ядро, передается энергия R @ E₀²/2Mc² (энергия отдачи), где M – масса ядра, c – скорость света. Отсюда следует, что упругий переход имеет заметную вероятность, когда энергия кванта колебаний кристалла превышает энергию отдачи, т.е. когда энергии отдачи недостаточно для генерации фононов. Это условие будет выполняться при такой энергии g-квантов, когда l > x_ср.кв., где l – длина волны l-излучения, x_ср.кв. – среднеквадратичное смещение излучающего или поглощающего ядра от положения равновесия. Для возникновения упругих переходов требуется также, чтобы тело было твердым, а его температура – не слишком высокой. Мёссбауэровский эффект может наблюдаться на ядрах стабильных изотопов, обладающих возбужденным уровнем, из которого имеется прямой переход в основное состояние, причем энергия перехода достаточно мала (примерное условие R < 0,1 эВ). Этим условиям удовлетворяет ~80 изотопов, а мёссбауэровский эффект наблюдается в 20 из них, в том числе у Fe⁵⁷, Sn¹¹⁹, Zn⁶⁷.

дальше