Le phénomène d'émission et d'absorption de photons gamma par des noyaux atomiques sans perte d'énergie due au recul de ces noyaux ni perte de résolution due à leur agitation thermique fut découvert et expliqué par le physicien allemand Rudolf L. Mössbauer en 1957-1958, ce qui lui valut le prix Nobel de physique en 1961. Ce phénomène de fluorescence résonnante sans recul des noyaux, universellement connu sous le nom d'« effet Mössbauer », concerne des rayonnements gamma de faible énergie émis et absorbés par des noyaux appartenant à des corps solides. Du fait de leur caractère monochromatique et de leur très grande finesse spectrale, ces rayonnements ont donné naissance à une spectrométrie de grande résolution, utilisée principalement en physique et chimie des solides, mais aussi dans de nombreuses disciplines telles que métallurgie, minéralogie et géophysique, biophysique, archéologie, etc.
1. L'origine physique de l'effet Mössbauer
Lorsqu'un noyau libre émet par désexcitation un photon gamma, il acquiert une énergie cinétique de recul ER = E02 / 2 mc2, E0 étant l'énergie de la transition nucléaire considérée, m la masse du noyau et c la vitesse de la lumière. D'après le principe de conservation de l'énergie, l'énergie Eγ du photon gamma émis est égale à la différence E0 − ER. Si le noyau appartient à un cristal, l'énergie de recul sert à réchauffer celui-ci, c'est-à-dire à augmenter l'énergie des vibrations du réseau cristallin. Toutefois, ce transfert d'énergie au cristal est nécessairement quantifié et ne peut s'effectuer que par création d'un nombre entier de quanta d'énergie de vibrations cristallines, ou phonons. En fait, lors de la désexcitation d'un grand nombre de noyaux identiques, les processus d'émission gamma accompagnés de création de zéro, d'un ou de plusieurs phonons coexistent, avec des probabilités différentes, et ce n'est qu'en moyenne que l'énergie de recul fournie au réseau cristallin est égale à l'énergie de recul ER du noyau libre. La « raie Mössba […]
… pour nos abonnés, l'article se prolonge sur 3 pages…
