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Es Mößbauer-Effekt ist das Phänomen, dass a Atomkern die in ein Kristallgitter eingebaut ist gamma Strahlen übertragen oder absorbieren können, ohne Rückstoßenergieverluste zu berücksichtigen. Der Mössbauer-Effekt ist benannt nach dem Rudolf Mössbauer, ein deutscher Physiker, der 1958 den Mößbauer-Effekt entdeckte.

Prinzip

Wenn ein freier Atomkern in einen Zustand niedrigerer Energie zerfällt (E wird freigesetzt), während er ein Gammaquant emittiert, kann dieses Gammaquant nicht die gesamte verfügbare Energie innerhalb des Übergangs erhalten. Denn der Atomkern selbst nimmt nach dem Drehimpulserhaltungssatz Rückstoßenergie in Form von kinetischer Energie auf. Um von einem Atomkern absorbiert zu werden, muss ein Gammaquant daher zusätzliche Energie haben, um die Rückstoßenergie zu kompensieren. Es gibt also keine Überlappung zwischen den Emissions- und Absorptionsenergien, so dass freie Atomkerne keine Resonanz zeigen.

Wird der Atomkern in ein Kristallgitter implantiert, kann er, wie im Quantenmechanik folgt, Energie auf das Kristallgitter zu übertragen (oder von diesem aufzunehmen) durch den Austausch von Schwingungsquanten (Phononen). Wenn die Rückstoßenergie relativ zum niedrigsten Schwingungsquant des Systems klein ist, tritt die Gammaemission wahrscheinlich ohne Änderung des Schwingungszustands des Systems auf. Diese Wahrscheinlichkeit wird zum rückstoßfreie Fraktion, oder fBruch genannt.

Mößbauers Experiments

Mössbauer in seinem ursprünglichen Experiment verwendet ¹⁹¹ir bei einer Temperatur von 88 K. Indem man die Quelle der Gammastrahlung relativ zum Absorber mit einer Geschwindigkeit von 1 mm/s bewegte, erschien es als Folge der Dopplerverschiebung (ΔE = E v/c) hat sich die Überlappung zwischen Emissions- und Absorptionsenergie bereits merklich verändert. Die charakteristischen Mößbauer-Spektren erhält man, indem man die Transmission des Absorbers als Funktion der Relativgeschwindigkeit zwischen Quelle und Absorber aufträgt. Die große Bedeutung des Mößbauer-Effekts liegt in seiner Fähigkeit, Linienbreiten von Gammastrahlen mit sehr hoher Genauigkeit experimentell zu bestimmen, was ihn zu einer wertvollen Methode zur Untersuchung von Hyperfeinstruktur- und Relaxationszeiteffekten im Festkörper macht.

Die Relativitätstheorie

Der Mössbauer-Effekt hat auch einen klaren experimentellen Beweis für die Richtigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie geliefert. Pfund-Rebka-Experiment die Energieverschiebung eines in das Gravitationsfeld der Erde fallenden Photons mit dem Mößbauer-Effekt messen können. Es wurde gefunden, dass die beobachtete Energieverschiebung mit der gemäß der generelle Relativität muss im Gravitationsfeld der Erde auftreten.

Anwendungen

Heute wird der Mössbauer-Effekt hauptsächlich in der Mößbauer-Spektroskopie die chemische und magnetische Zusammensetzung von Materialien zu untersuchen.