Техника - молодёжи 1962-09, страница 13

КАК ВЗВЕСИЛИ

А. МИЦКЕВИЧ, квндидат физико-математических наук

Скажем сразу, «весы», при помощи которых взвешивались гам-ма-кванты. испускаемые радиоактивным изотопом кобальта, даже отдаленно не напоминают весы для взвешивания микроскопических количеств вещества. Если точнейшие аналитические весы, используемые в современных лабораториях, вряд ли превышают размеры телевизионного приемника, то установка для взвешивания фотонов... 22-метровая башня!

В №5 за 1961 год нашего журнала сообщалось об интересном эффекте, обнаруженном немецким физиком Мессбауэром. Он установил существование гамма-квантов, испускаемых радиоактивными ядрами в твердых телах «без отдачи». Благодаря этому частота квантов не претерпевает изменений, связанных с эффектом Допплера: частотная полоса, излучаемая радиоактивными ядрами, не расширяется, и разница между ^«красными» и «фиолетовыми» квантами становится ничтожно малой. Для гамма-лучей, испускаемых ядрами радиоактивного желе-за-57, эта разница составляет всего 1,13 • 10

Эффект Мессбауэра позволяет получить почти «идеально монохроматические» источники гамма-лучей.

Если иа пластинку из железа-57 направить гамма-лучи данной частоты, то она будет выполнять роль «светофильтра», наиболее сильно поглощая ту частоту, на которую ядра настроены в резонанс. Это поглощение так и называется — резонансное.

Представим себе, что на пластинку из железа-57 направлен пучок гамма-лучей, в точности соответствующий резонансной частоте поглощения. Если по какой-либо причине частота гамма-квантов источника либо уменьшится, либо увеличится, это сразу можно обнаружить, потому что сквозь «светофильтр» прой дет значительно больше квантов, чем при резонансе. Таким образом, «светофильтр» и стоящий за ним счетчик гамма-квантов могут служить чувствительным индикатором воз^- )жных изменений частоты излучаемых гамма-лучей.

Что может быть причиной изменения частоты гамма-лучей?

Во-первых, частота будет меняться в зависимости от движения источника. В соответствии с эффектом Допплера частота увеличится, если источник лучей будет приближаться

к «светофильтру», и уменьшится, если от него будет удаляться. Во-вторых, частота зависит от температуры источника гамма-квантов, что, в сущности, также является проявлением эффекта Допплера. При этом двигаются излучающие гамма-кваиты ядра. В третьих, и это самое интересное, частота излучения может измениться под действием силы тяжести. Такие изменения предсказаны общей теорией относительности Эйнштейна. Из нее следует, что чем больше сила тяжести, которая действует на источник света, тем меньше будет излучаемая им частота. Скажем, покидающее Землю желтое излучение атомов натрия будет более «красным», чем излучение того же натрия, принятое с Луны, потому что Земля создает более сильное поле тяготения.

Но и в пределах Земли также должно наблюдаться красное смеще-

пьшишл

Fe⁵⁷ ■■'

giutEWW

фотоумножитель

: кристалл одисготл

^НАТРИЯ *

Т7

СЧЕТЧИК ГЙММД-КВДНТОВ I—I

да/мь

шопарл

I UVU

(самописец, #0 ком» i разницы 1темгератур

гелии

УСШЕЛС

ТЕРМОПАРА

_ кристалл

й0дис1ш натрий фотоумножитель генерат |

Счетчик гам мл-квантов

■ I-

' > г-

п

Б*

.Со⁵

(ш0крша/1л

иие частоты в зависимости от того, распространяется ли свет по направлению силы тяжести или против нее.

Проверке этих теоретических соображений и были посвящены интересные опыты американских исследователей Р. Паунда и Г. Ребка.

В качестве источника гамма-лучей был изготовлен радиоактивный ко-бальт-57, ядра которого, распадаясь, превращаются в ядра железа-57 и излучают кванты света с энергией 14,4 тысячи злектроновольт.

За пластинкой железа — поглотителем — устанавливался специальный счетчик, который регистрировал количество прошедших сквозь нее квантов. Источник гамма-квантов приводился в колебательное движение в направлении к поглотителю с помощью пьезоэлектрической пластинки. Благодаря эффекту Допплера менялись частота излучаемого света и показания счетчика. Это было зарегистрировано фотоумножите

лем со сцинтилляционным кристаллом.

В первой серии опытов, проводившихся в 22,5-метровой башне, измерялось допплеровское изменение частоты в том случае, когда источник гамма-квантов был внизу, а поглотитель вверху. Во второй серии опытов эти же измерения проводились при перемене источника и поглотителя местами. Полученные данные позволили определить изменение частоты излучения под действием силы тяжести. Смещение частоты оказалось равным 5,13-10—¹⁵. Это число совпадает с числом 4,95*10—¹⁵( предсказанным теорией.

Читатель скажет; а при чем тут взвешивание фотона? Ведь в опытах измерялась разность частот гамма-пантов при их движении по направлению и против направления силы тяжести. Дело в том, что современная теория излучения связывает с энергией кванта эквивалентную массу, поведение которой в гравитационном поле во многом должно быть подобно поведению обычной материальной массы. Для поднятия тела на некоторую высоту необходимо затратить энергию, пропорцио нальную высоте. Аналогично этому квант света для преодоления силы тяжести долж н израсходовать часть своей энергии. Это соответствует уменьшению его частоты — «красному» смещению, о котором говорится в теории Эйнштейна. Двигаясь в направлении к Земле, фотон уподобляется падающему камню, кинетическая энергия которого непрерывно увеличивается. Наблюдатель на поверхности Земли будет регистрировать смещение в сторону больших частот. По изменениям частоты можно определить эффективную массу кванта света.

ЧТО ЧИТАТЬ ПО СТАТЬЯМ ЭТОГО НОМЕРА

«(Конкурс красоты»

Белецкая В. В., Техника и встети ка. М., Профнэдат, 1962.

Орлов В. А., Техника и в т тика. М., Госполитнэдат, 1962.

«Кик взвесили фотона

Сборник «Новейшие проблемы гравитации». М., Изд-во ниостраниой литературы, 1961.

«Высокочастотный нигреив

Под ред канд. техн. наук Ф о-r е л и А. А. «Библиотечка высокочас-тотника-термиста». Вып. 1—16-й. М.—А., Машгнэ, 1957.

«Соиременные орудия древнего промысла»

М и х о в Ф. М., Трал техника тралоиог о лова. М.. Пищепромнэдат, 1957.

Виноградов И. Н., Кошельковые иеводв. М., Пищепромивдат, 1957.

9