在講穆斯堡爾效應(yīng)前先介紹幾個(gè)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)：

1、動(dòng)量和動(dòng)量守恒定律

在經(jīng)典力學(xué)中把物體的質(zhì)量和速度的乘積稱為動(dòng)量(Momentum，單位kg*m/s)，一般用p(p=mv)表示，是物理學(xué)中很重要的一個(gè)概念，與能量的關(guān)系是E=p^2/(2m)。通常情況下，一個(gè)物體的動(dòng)量指的是這個(gè)物體在它運(yùn)動(dòng)方向上保持運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，動(dòng)量是個(gè)矢量(具有大小和方向)。在現(xiàn)代物理學(xué)中，動(dòng)量的定義還需要再乘一個(gè)關(guān)于速度的因子，而在量子力學(xué)領(lǐng)域動(dòng)量是一個(gè)算符，這里不細(xì)說(shuō)。要注意的是光子雖然無(wú)靜止質(zhì)量但有動(dòng)量。

動(dòng)量是一個(gè)守恒量，動(dòng)量守恒（有時(shí)也叫作沖量守恒）定律表示為：一個(gè)系統(tǒng)不受外力或者所受外力之和為零，這個(gè)系統(tǒng)中所有物體的總動(dòng)量保持不變。這個(gè)好理解，比如在打靶的時(shí)候，人、槍、子彈組成的系統(tǒng)沒(méi)有受到外力，動(dòng)量守恒，在子彈飛出的時(shí)候，人和槍有一個(gè)反沖的動(dòng)量（就是后坐力）。

2、原子核相關(guān)

（1）在原子物理中，用能級(jí)表示原子核或核外電子所處的不同狀態(tài)。原子核在核反應(yīng)后通常處于激發(fā)態(tài)（高能級(jí)），是不穩(wěn)定的，會(huì)自發(fā)的躍遷回基態(tài)（低能級(jí)），同時(shí)將多余的能量以γ射線的形式釋放出來(lái)，稱為γ衰變。γ射線是光子，具有動(dòng)量。

（2）原子核輻射出的γ光子在通過(guò)同種元素的原子核時(shí)，會(huì)被原子核吸收，得到的能量使其躍遷到激發(fā)態(tài)，稱為原子核的共振吸收。

（3）原子核在輻射γ光子時(shí)，由于γ光子具有動(dòng)量，原子核在相反方向有一個(gè)反沖動(dòng)量，所以原子核從激發(fā)態(tài)到基態(tài)躍遷時(shí)放出的能量轉(zhuǎn)化為了原子核的反沖動(dòng)能，γ光子的能量減小了，稱為原子核的反沖效應(yīng)。同理可以理解，當(dāng)靜止的原子核吸收γ光子時(shí)，有一部分也轉(zhuǎn)化為了原子核的反沖動(dòng)能。

3、穆斯堡爾效應(yīng)

正因?yàn)榇嬖谥雍说姆礇_效應(yīng)，相同原子核的發(fā)射譜和吸收譜是有一定差異的，從圖中可以看到，Er表示原子核的反沖能量，E0表示原子核能級(jí)間的能量，Eγ是γ光子能量。同理，在被靜止原子核吸收時(shí)γ光子有一部分能量提供給原子核的反沖能，原子核從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的所需的γ光子能量就要高一點(diǎn)了Eγ=E0+Er。所以呢，對(duì)于自由的原子核來(lái)說(shuō)，共振吸收時(shí)很難實(shí)現(xiàn)的，一直觀察不到共振吸收。

穆斯堡爾效應(yīng)就是原子核輻射的無(wú)反沖共振吸收，這是如何實(shí)現(xiàn)的呢？1957年底，德國(guó)物理學(xué)家穆斯堡爾提出實(shí)現(xiàn)γ射線共振吸收的關(guān)鍵在于消除反沖效應(yīng)。如果在實(shí)驗(yàn)中把發(fā)射和吸收光子的原子核置于固體晶格中，那么出現(xiàn)反沖效應(yīng)的就不再是單一的原子核，而是整個(gè)晶體。由于晶體的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單一的原子核的質(zhì)量，反沖能量就減少到可以忽略不計(jì)的程度，這樣就可以實(shí)現(xiàn)穆斯堡爾效應(yīng)。這個(gè)也好理解，還是舉打靶的例子，一個(gè)人的時(shí)候受到反沖作用容易向后倒，而如果有一群人在你背后頂著你，你就不容易向后倒了。

以下介紹的相對(duì)專業(yè)一點(diǎn)，讀者可根據(jù)自身基礎(chǔ)看看就好：

穆斯堡爾當(dāng)年（1958年）使用Os191（鋨）晶體作γ射線放射源，用Ir191（銥）晶體作吸收體，首次在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了原子核的無(wú)反沖共振吸收。為減少熱運(yùn)動(dòng)對(duì)結(jié)果的影響，放射源和吸收源都冷卻到88K。放射源安裝在一個(gè)轉(zhuǎn)盤上，可以相對(duì)吸收體作前后運(yùn)動(dòng)，用多普勒效應(yīng)調(diào)節(jié)γ射線的能量（這個(gè)想法很機(jī)智，厲害了）。實(shí)驗(yàn)中原子核在發(fā)射或吸收光子時(shí)無(wú)反沖的概率叫做無(wú)反沖分?jǐn)?shù)f，無(wú)反沖分?jǐn)?shù)與光子能量、晶格的性質(zhì)以及環(huán)境的溫度有關(guān)。

穆斯堡爾效應(yīng)對(duì)環(huán)境的依賴性很高。細(xì)微的環(huán)境條件差異會(huì)對(duì)穆斯堡爾效應(yīng)產(chǎn)生顯著的影響。在實(shí)驗(yàn)中，為減少環(huán)境帶來(lái)的影響，需要利用多普勒效應(yīng)對(duì)γ射線光子的能量進(jìn)行細(xì)微的調(diào)制。具體做法是令γ射線輻射源和吸收體之間具有一定的相對(duì)速度，通過(guò)調(diào)整v的大小來(lái)略微調(diào)整γ射線的能量，使其達(dá)到共振吸收，即吸收率達(dá)到最大，透射率達(dá)到最小。透射率與相對(duì)速度之間的變化曲線叫做穆斯堡爾譜。應(yīng)用穆斯堡爾譜可以清楚地檢查到原子核能級(jí)的移動(dòng)和分裂，進(jìn)而得到原子核的超精細(xì)結(jié)構(gòu)、原子的價(jià)態(tài)和對(duì)稱性等方面的信息。應(yīng)用穆斯堡爾譜研究原子核與核外環(huán)境的超精細(xì)相互作用的學(xué)科叫做穆斯堡爾譜學(xué)。

穆斯堡爾譜的寬度非常窄，因此具有極高的能量分辨本領(lǐng)。例如Fe57的 14.4 keV 躍遷，穆斯堡爾譜寬度與γ射線的能量之比ΔE/E~10-13，Zn67的 93.3 keV 躍遷ΔE/E~10-15，Ag107的93 keV 躍遷ΔE/E~10-22。因此穆斯堡爾效應(yīng)一經(jīng)發(fā)現(xiàn)就在各種精密頻差測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用。