Atom yadrosi energiyasi, xuddi atom, molekula va boshqa kvant sistemalarniki kabi, faqat diskret qator qiymatlar olishi mumkin (Atom yadrosi, Kvant mexanika). Ruxsat etilgan energiyali holatlar orasidagi o’tishlarda yadro elektromagnit to’lqinlar nurlaydi. Bu to’lqinlarning chastotasi odatda shundayki, ular γ-nurlanish sohasida joylashgan bo’ladi (Gamma-nurlanish). Tegishli γ-kvantlar yuzdan bir necha millionlargacha elektron volt energiyaga ega bo’ladi.

Bitta yadro chiqargan γ-nurlanish xuddi shunday boshqa yadro tomonidan yutiladimi? Go’yo γ-kvant energiyasi aynan uyg’ongan va asosiy (uyg’onmagan) holatlar energiyalari farqiga teng va bunday kvantlar yadro tomonidan oson yutilishi lozim edi (1-rasm). Biroq odatda, ℏ=E₁-E₀ shart bilan xarakterlanuvchi rezonans yutilish kuzatilmaydi. Buning sababi tepish energiyasidadir.

Miltiqdan otilayotganda u o’q kabi impuls olgani sababli (impulsning saqlanish qonuniga ko’ra) orqaga tepadi va demak, qandaydir energiya ham oladi. Bunday holda e_tep tepki energiyasini yadro olganidan, γ-kavnt energiyasi sathlarning energiyalari farqi E₁–E₀ dan kichik bo’ladi. γ-kavnt yutilganda uning impulsi yadroga beriladi va u harakatga keladi. Bunga ham energiya kerak bo’ladi. Shuning uchun ham γ-kavnt energiyasi yadroni uyg’otish, unga kerakli E₁ energiya berish uchun yetarli bo’lmaydi.

Har holda rezonans yutilishga erishish mumkinmi? Ma’lumki, miltiqning massasi qancha katta bo’lsa, tepish energiyasi shuncha kichik bo’ladi (buni impuls va energiyaning saqlanish qonunlaridan tushunib olish oson. Yadroning o’zi nisbatan yengil hamda tepish energiyasi rezonans shartini buzadi. Agar atomlar (va, demak, yadrolar) o’zaro mustahkam bog’langan va kristall panjara hosil qilgan kristallni olsakchi? Bunday sistemada tepish paytida impulsni butun kristallga uzatish mumkin bo’lib qoladi.

Bunda tepish energiyasi g’oyat kichik bo’lib, γ-kavntlarni rezonans yutish yuz beradi.

Aynan shunday effekt 1958 yilda nemis fizigi R.Messbauer tomonidan ochilgan bo’lib, bu hodisa uning nomi bilan ataladi. Messbauer dastlabki tajribalarida suyuq azot temperaturasi (80K) gacha sovitilgan ¹⁹¹Ir radioaktiv manbadan foydalandi va bunda rezonans γ-kavntlar ulushi bir necha protsentdan ortiq bo’lmadi.

Nima uchun bunchalik oz kvantlar rezonansga tushardi? Nima uchun manbani bunchalik past temperaturagacha sovutish lozim bo’ldi? Gap shundaki, yadro kristall panjaraning tugunida turgan bo’lsa-da, tepish paytida kristall atomlarining tebranishlari sodir bo’lishi mumkin. Bunga ham energiya sarflashga to’g’ri keladi. Temperatura pasayishi bilan protsessning ehtimolligi kamayib boradi, lekin ¹⁹¹Ir uchun suyuq, azot temperaturasida ham u kattadir. Hozir xona temperaturalarida rezonans u kvantlar ulushi deyarli yarimni tashkil qiladigan radioaktiv birikmalar ma’lum bo’lib; shu sababli manbani kamdan-kam hollardagina sovitishga to’g’ri keladi.

Messbauer effekti qattiq, jismlar xossalarini tadqiq qilishda qudratli qurol bo’lib qoldi. Messbauerning g’oyasi manbaning mexanik harakati yordamida rezonansni “buzish”dan iborat edi.

Har bir tebranish sistemasi tebranish sistemasining chastotasini hali rezonans kuzatilishi mumkin bo’lgan chastotalar intervaliga nisbati–asllik bilan xarakterlanadi. Masalan, tor bo’lsa-da, chastotalarning muayyan intervalidagi barcha to’lqinlarni «tutadi» va shu sababli, qo’shni stantsiyalardan ba’zida «ajralish» oson bo’lmaydi. Radiopriyomnik qanchalik yaxshi bo’lsa, rezonans shunchalik o’tkirroq va uning aslligi shunchalik yuqoriroq bo’ladi.

Atom yadrosi ham muayyan asllikka ega bo’ladi. Tepish bo’lmasa ham, u (E₁-E₀) qiymat yaqinidagi biror chastotalar intervalida γ-kvantlarni yuta oladi. Xuddi shuningdek u-kvantlarning nurlanishida ham chastotalarning bir oz «yoyilishi» sodir bo’ladi. Boshqacha aytganda, uyg’otilgan holatda G∼chiziqning muayyan kengligi mavjud bo’ladi.

Odatda, yadrolarda G-10^-8eV. Bu ko’pmi yoki ozmi? Bunga javob berish uchun uni γ-kvantlar energiyasi bilan taqqoslab ko’rish lozim. Masalan, qalayning keng tarqalgan ¹¹⁹S_n izotopi radioaktiv manbai uchun tegishli asllik 0,8•10¹² ga teng. Hech kaysi priyomnik bunday g’oyat katta asllikka ega emas-radiotexnik konturlarda eng yaxshi hollarda asllik bir necha yuzga erishadi.

Xullas, γ-rezonans juda yuqori asllikka ega. SHuning uchun g- kvantlar chastotasini bir oz siljitgandayoq, rezonans yutilish kuzatilmaydi. Nurlanish chastotasini Dopler effekti yordamida o’zgartirish mumkin. Buning uchun manbani (yoki yutgichni) muayyan tezlik bilan harakatlantirish lozim. Messbauer tajribasining sxemasi 2-ko’rsatilgan. 3-rasmdan ko’rinishicha, manbaning kichik tezliklaridayoq, rezonans buziladi va kristall orqasiga joylashtirilgan γ-kvantlar schyotchigining ko’rsatishlari sezilarli o’sadi.

Rezonansni nima uchun buzish lozim?

Avvalo shunday usul bilan uyg’otilgan sathning G chizig’i kengligini oson aniqlash mumkin. Buning uchun Dopler formulasi yordamida rezonans kuzatiladigan tezliklar intervalini chastotalar intervaliga yoki γ-kvantlar energiyasi intervaliga o’tkazib hisoblash lozim. Bu bilan kristallda yadroning «yashash sharoitlari» haqida muhim ma’lumotga ega bo’lish mumkin.

Yadro o’tishlari energiyasiga kristall ichidagi elektr va magnit maydonlar ta’sir ko’rsatadi. Buni odatdagi usullar bilan aniqlab bo’lmasdi. Messbauer effekti rekord sezgirlikka ega bo’lganidan, chastotalarning tegishli siljishini aniqlash oson. Shunday qilib, Messbauer effekti energiya o’zgarishlarini qayd qilishning g’oyat aniq usulini berdi. Fanning butun boshli Messbauer spektroskopiyasi tarmog’i mavjud bo’lib, uning taraqqiyotiga ko’pchilik olimlar sezilarli hissa qo’shdilar.

Messbauer effekti yordamida amerika olimlari Paund va Rebkelar laboratoriya sharoitlarida umumiy nisbiylik nazariyasining xulosalarini tasdiqlash imkoniga ega bo’ldilar. Yorug’lik kvanti (E=ℏω) gravitatsnon maydonda tezlashib, o’z energiyasini orttiradi va uning chastotasi spektrning «binafsha uchiga» siljiydi. Aksincha, sekinlashayotib, u spektrning «qizil uchiga» siljiydi. yerning og’irlik kuchi maydonida vertikal bo’yicha 10 m masofada chastotaning nisbiy o’zgarishi ∼10^-15 ni tashkil qiladi. Messbauer effekti yordamida bunday siljishni sezish mumkinligi ma’lum bo’ldi. γ-rezonans «buzilar ekan» va uni tiklash uchun manbani, haqiqatan, atigi sekundiga bir necha mikrometrga teng tezlik bilan harakatlantirishga to’g’ri keladi. Bu kattalik aynan umumiy nisbiylik nazariyasidan kelib chiqadigan chastota siljishiga mos keladi.