Процесс испускания кванта сопровождается отдачей. Все знают, что если выстрелить из ружья, находясь в лодке, то за счет отдачи лодка начнет двигаться в сторону, противоположную выстрелу, и приобретает некоторую кинетическуюэнергию, энергию отдачи. Если стрелять на лодке не из ружья, а из пушки, то отдача и энергия отдачи возрастают. Так же обстоит дело с отдачей при испуска­нии квантов. Причем если отдачу при испускании возбужденным томом фотона сравнить с отдачей, связанной с выстрелом из ружья, то отдачупри испускании гамма-кванта необходимо будет сравнить с отдачей лодки, вызванной выстрелом из пушки. Это объясняется тем, что энергия гамма-кванта гораздо больше энергии фотона, а поэтому и отдача в последнем случае оказывается намного больше.

Таким образом, легко понять, что при излучении энергия возбужденного атома или ядра не полностью передается кванту, а часть этой энергии тратится на отдачу, т. е. переходит в кинетическую энергию движения атома (или ядра). Если бы отдачи при излучении и поглощении квантов не существовало совсем, то энергия испущенного кванта совпадала бы с энергией возбужденного состоя­ния Е и атом (или ядро)-поглотитель (приемник) излучения был настроенным в резонанс с атомом (или ядром) — источником излучения. Однако за счет отдачи энергия испущенного кванта всегда меньше, чем энергия Е на величину энергии отдачи ER.

Энергия, необходимая для поглощения кванта, оказывается на на ту же энергию отдачи ERбольше, чем Е (рис. 3.2, а). Дело тут в том, что при поглощении кванта атом или ядро также приобретают кинетическую энергию, ее тоже называют энергией отдачи, и она в точности равна ER.Поэ­тому, чтобы произошло погло­щение кванта, его энергия должна быть на энергию отда­чи Erбольше, чем Е. В слу­чае поглощения отдача совер­шенно аналогична знакомому всем явлению: при прыжке че­ловека с берега на неподвижную лодку лодка начинает двигаться и приобретает       кинетическую энергию. В этом примере роль поглощаемого кванта играет че­ловек.

Таким образом, за счет от­дачи как при испускании, так и при поглощении точное усло­вие резонанса нарушается. Тут уместно вспомнить, что с помощью радиоприемника, напри­мер, можно принимать передачу радиостанции, не обязательно настроившись точно на частоту этой станции. Прием передачи возможен и при небольшой рас­стройке от частоты радиостан­ции. В случае большой рас­стройки прием, разумеется, осу­ществить нельзя.

Совершенно аналогичная си­туация имеет место и при резонансном поглощении квантов. Резонансное поглощение кван­тов происходит не только при точном выполнении резонанса, но и при некоторой расстройке резонанса. Весь вопрос в том, насколько велика эта расстрой­ка. В случае резонансного поглощения света из-за малос­ти энергии отдачи ERрасст­ройка мала. Поэтому резонанс­ное поглощение фотонов легко наблюдается, так же как при очень малой расстройке прием­ника относительно передающей станции громкость приема вполне достаточна, чтобы без напряжения слушать передачу. 

Опыты по наблюдению резонансного поглощения гамма-квантов из-за большой величины энергии отдачи ERследует уподобить при­ему передачи при значительной расстройке от частоты передаю­щей станции. В этом случае громкость приема будет незначительна, если шумы не заглушат передачу вообще.

Теперь становится ясной «нелепость» результатов эксперимента Мессбауэра. Используя ту же аналогию, их можно описать так. Вы собираетесь послушать передачу радиостанции, настроив прием­ник на частоту близкую, но заведомо не совпадающую с частотой передающей станции, заранее напрягаете слух и вдруг вместо еле различимых звуков слышите вполне громкую и четкую передачу. На смену первому недоумению к вам, скорее всего, придет убеж­дение, что вы сделали что-то не так. (Вряд ли кто-нибудь согла­сится с тем, что можно хорошо слышать станцию, не настроившись на нее.) Теперь вы можете представить себе, какие сомнения и чувства должны были охватить Мессбауэра после первых результа­тов его экспериментов.

Рис. 3.2. Энергетическое распреде­ление резонансно испускаемых (слева) и поглощаемых (справа) фо­тонов.

По оси абсцисс отложена энер­гия фотона £ф, а по оси орди­нат W(Е) — число фотонов, испу­щенных (поглощенных) с энергией Е:

а) идеализированный случай нуле­вой ширины возбужденного уровня и отсутствия допплеровского уши- рения.

Линии испускания и поглощения не перекрываются. Резонансное поглощение отсутствует;

б) перекрытие линий испускания и поглощения за счет естественной ши­рины возбужденного уровня Г или за счет эффекта Допплера при ну­левой естественной ширине возбуж­денного уровня;

в) перекрытие линий испускания и поглощения при наличии доппле­ровского уширения Гд. Перекры­тие и полная ширина линии испус­кания и поглощения, равная Г + + Гд, зависят от температуры и приводят к температурной зависи­мости интенсивности резонансного поглощения.

Более высокой температуре соот­ветствует большая допплеровская ширина (Г'д > Гд).

 

 

Template Settings
Select color sample for all parameters
Red Green Blue Gray
Background Color
Text Color
Google Font
Body Font-size
Body Font-family
Scroll to top