穆斯堡尔效应

穆斯堡尔效应（Mössbauer effect），即原子核辐射的无反冲共振吸收。这个效应首先是由德国物理学家穆斯堡尔于1958年首次在实验中实现的，因此被命名为穆斯堡尔效应。其主要应用是穆斯堡尔谱学。
理论上，当一个原子核由激发态跃迁到基态，发出一个γ射线光子。当这个光子遇到另一个同样的原子核时，就能够被共振吸收。但是实际情况中，处于自由状态的原子核要实现上述过程是困难的。因为原子核在放出一个光子的时候，自身也具有了一个反冲动量，这个反冲动量会使光子的能量减少。同样原理，吸收光子的原子核光子由于反冲效应，吸收的光子能量会有所增大。这样造成相同原子核的发射谱和吸收谱有一定差异，所以自由的原子核很难实现共振吸收。迄今为止，人们还没有在气体和不太粘稠的液体中观察到穆斯堡尔效应。

历史

1957年底，穆斯堡尔提出实现γ射线共振吸收的关键在于消除反冲效应。如果在实验中把发射和吸收光子的原子核置于固体晶格中，那么出现反冲效应的就不再是单一的原子核，而是整个晶体。由于晶体的质量远远大于单一的原子核的质量，反冲能量就减少到可以忽略不计的程度，这样就可以实现穆斯堡尔效应。实验中原子核在发射或吸收光子时无反冲的概率叫做无反冲分数f，无反冲分数与光子能量、晶格的性质以及环境的温度有关。
穆斯堡尔使用¹⁹¹Os（锇）晶体作γ射线放射源，用¹⁹¹Ir（铱）晶体作吸收体，于1958年首次在实验上实现了原子核的无反冲共振吸收。为减少热运动对结果的影响，放射源和吸收源都冷却到88K。放射源安装在一个转盘上，可以相对吸收体作前后运动，用多普勒效应调节γ射线的能量。¹⁹¹Os经过β⁻衰变成为¹⁹¹Ir的激发态，¹⁹¹Ir的激发态可以发出能量为129 keV的γ射线，被吸收体吸收。实验发现，当转盘不动，即相对速度为0时共振吸收最强，并且吸收谱线的宽度很窄，每秒几厘米的速度就足以破坏共振。除了¹⁹¹Ir外，穆斯堡尔还观察到了¹⁸⁷Re、¹⁷⁷Hf、¹⁶⁶Er等原子核的无反冲共振吸收。
穆斯堡尔效应是最初用德语报导的物理学最后一个主要发现之一。 第一份英文报告是一封描述重复实验的信件。
由于这一发现工作，穆斯堡尔与对原子核电子散射研究的罗伯特·霍夫施塔特(Robert Hofstadter)一起被授予1961年的诺贝尔物理学奖。