Efecto Mossbauer en el Hierro-57

	El estudio del efecto Mossbauer en el Hierro-57, ha sido muy fructífera debido al estrecho ancho de línea natural de la transición de 14,4 keV. Esta transición se caracteriza por:

Aunque un átomo puede emitir un fotón que es absorbido por la transición inversa en un átomo idéntico a una corta distancia, (fluorescencia de resonancia) lo mismo no puede suceder en las transiciones nucleares de los núcleos aislados. La razón es la gran energía de retroceso en comparación con la anchura de línea natural de la transición.

Usando el hierro como ejemplo, el rayo gamma de 14,4 keV tiene un momento pc = 14,4 keV. El momento de retroceso del núcleo de hierro emisor debe coincidir con ese valor, si actúa como una partícula aislada. La energía de retroceso puede ser calculada a partir del momento, y por lo general es conveniente en tales casos, poner todo en electrón-voltios.

La energía de retroceso del núcleo de hierro-57 es

Datos Nucleares del Hierro

Esto es de cinco órdenes de magnitud mayor, que la anchura de línea natural de la transición del hierro que produce el fotón. Esta energía de retroceso reduce la energía del fotón por esta cantidad, como se ve por un potencial núcleo absorbente en reposo.

Para conseguir la absorción de resonancia, se tiene dos opciones: clavar el núcleo en una red cristalina de modo que casi no tenga retroceso, o mover la fuente y el absorbedor entre sí, de manera que el desplazamiento Doppler del fotón, lo mueva a la energía necesaria para la absorción.

El desplazamiento Doppler de un fotón es un desplazamiento Doppler relativista dado por

Si v/c<<1 entonces puede ser simplificada por

Aunque esto es posible, y se llevó a cabo con puntas de centrífuga, generalmente hay una manera mejor.

Mossbauer encontró que si se enfriaba el emisor, se podía llegar a una condición en la que el núcleo emisor no podría retroceder por sí mismo. Cualitativamente, la razón es que a temperaturas suficientemente bajas, un átomo en una red cristalina no puede retroceder individualmente. La cuantización de los estados vibracionales del cristal, hace que la energía de retroceso sea absorbida por la red como un todo.

Fue un gran avance darse cuenta de que se podía conseguir la absorción de resonancia de rayos gamma, poniendo los núcleos de origen en un cristal y enfriarlos. Para ver la cantidad de núcleos de hierro que tendrían que retroceder juntos, para mantener los rayos gamma dentro del ancho de línea natural:

En comparación con el número de Avogadro, no son muchos. De hecho, es una partícula de materia demasiado pequeña para ser vista en un microscopio óptico. De ello se sigue que cualquier pequeño cristal dentro de una pieza de hierro que contiene cobalto-57, cumpliría con las condiciones para la absorción de resonancia si se enfriara lo suficiente.

Se estableció que se puede producir la absorción gamma resonante por enfriamiento de una muestra de hierro. También se puede destruir esa resonancia, moviendo la fuente en relación con el absorbente. Volviendo a la expresión Doppler

da v = 0,0002 m/s para producir suficiente efecto Doppler del rayo gamma emitido, para desafinar la absorción resonante. Esto es más que una curiosidad -esto es la base para un instrumento increiblemente sensible-. Pound y Rebka necesitaron tan sólo tal instrumento para probar el desplazamiento al rojo gravitacional.