2. Проаналізувати фундаментальні взаємодії в природі.

На нинішньому етапі розвитку науки вся різноманітність явищ, які мають місце у Всесвіті на всіх її рівнях – мікросвіт, жива природа, зірки, галактики – визначаються чотирма фундаментальними взаємодіями. Дві з них відомі з класичної фізики – це гравітаційна та електромагнітна. Специфічною особливістю володіють ядерна – сильна та слабка взаємодії. Вони є короткодіючими і мало впливають не лише на рух макроскопічних тіл, а й на рух і властивості атомів та молекул і проявляються лише в ядерних явищах та в перетвореннях елементарних частинок. У основу сучасного підходу до класифікації елементарних частинок також покладено типи фундаментальних

взаємодій .

Гравітаційна взаємодія для процесів мікросвіту настільки мала, що звичайно нею нехтують. Це пов'язано головним чином з тим, що маси елементарних частинок дуже малі. Однак вона властива всім частинкам без винятку.

Електромагнітна взаємодія ґрунтується на процесах, що відбуваються з частинкою в електромагнітному полі. Для електронейтральних частинок (нейтрино, антинейтрино, фотон) вона не здійснюється. Саме електромагнітна взаємодія обумовлює існування атомів і молекул, тому що зв'язок між ядром і електронами здійснюється завдяки їхнім різнойменним зарядам.

Слабка взаємодія охоплює процеси, що відбуваються за участю нейтрино або антинейтрино. Це найповільніша з усіх взаємодій мікросвіту. До неї зараховують такі процеси, як β- і μ-розпади, без нейтринні процеси розпаду частинок з великою тривалістю життя (τ = 10^-10с).

Сильна взаємодія виявляє себе у зв'язку протонів і нейтронів у ядрі, хоча ядерні сили — це тільки окремий випадок сильної взаємодії.

Білет № 26

1.Ефект Мессбауера.Ефéкт Мессбáуера — фізичне явище резонансного поглинання гамма-випромінювання атомів у твердому тілі. Ефект названо на честь Рудольфа Мессбауера, який у 1957 розробив метод спостереження резонансного поглинання. Використовується для вивчення енергетичних рівнів атомного ядра.

Фізична природа явища

Ядро ізольованого атома не поглинає гамма-кванти тієї ж енергії, що й випромінює. Причина цього в тому, що при великій енергії фотона не можна нехтувати втратою енергії на віддачу ядра. Випромінюючи гамма-квант, ядро згідно із законом збереження імпульсу повинно рухатися в протилежному напрямку. Поглинаючи гамма-квант, ядро вбирає в себе його імпульс і рухається в тому ж напрямку. В оптичному діапазоні енергія віддачі маленька, і атоми зазвичай поглинають на тій же частоті, що й випромінюють.

Втрата енергії на віддачу дорівнює

,

де ER - втрата енергії, Eγ - енергія гамма-кванта, M - маса ядра, c - швидкість світла в порожнечі. Видно, що втрати обернено-пропорційні масі ядра.

Ідея експерименту Мессбауера в тому, щоб використати тверде тіло замість ізольованого атома. В твердому тілі, наприклад, кристалі, завдяки квантовим явищам, рух атомів набуває колективного характеру. Енергія віддачі передається не окремим атомам, а коливанням усього кристалу - фононам. Як наслідок, маса, яка отримує віддачу, значно зростає, зменшуючи втрати енергії. Таким чином стає можливим поглинання ядром гамма-кванту, який утворився в результаті випромінювання ідентичного ядра.

Невелику різницю в енергіях, що залишається навіть при колективній віддачі, можна компенсувати завдяки ефекту Доплера, пересуваючи джерело й випромінювач один щодо одного з невеликою швидкістю. Мессбауерівські спектри зазвичай приводяться в залежності від цієї швидкості.

Використання

Мессбауерівська спектроскопія є одним із методів матеріалознавства, тонким інструментом, який дозволяє визначити хімічні характеристики оточення радіоактивних атомів. Найчастіше вона використовує ядра 57Fe.