メスバウアー効果とは？

メスバウアー効果（Mössbauer effect）とは、固体結晶中に束縛された原子核が、ガンマ線を放出または吸収する際に、原子核が反跳（recoil）エネルギーを失わずに済む現象です。1958年にドイツの物理学者ルドルフ・メスバウアーが発見し、1961年にノーベル物理学賞を受賞しました。

通常、原子核がガンマ線を放出すると、銃が弾を発射したときの反動と同様に原子核が反対向きに反跳し、そのエネルギー分だけ放出されるガンマ線のエネルギーが減少します。気体中の原子では顕著なエネルギー損失が生じ、別の原子核に吸収されにくくなります。しかし固体結晶中では、原子核が周囲の多数の原子と強固に結合しているため、反跳がほぼ結晶全体に分散されます。その結果、個々の原子核が実質的に反跳なしにガンマ線を放出・吸収できるのです。

このため、放出と吸収されるガンマ線のエネルギーが極めてよく一致し、「核共鳴吸収」が高い確率で起こります。

メスバウアー効果の主な応用分野は以下のとおりです。

• 鉄を含む化合物の酸化状態・磁気状態の精密分析（メスバウアー分光法）
• 地質学・考古学・材料科学での試料分析
• アインシュタインの一般相対性理論（重力による時間の遅れ）の実験的検証
• 宇宙探査機による惑星表面の鉱物分析

特に鉄57の同位体が分析に多用されており、素材や化合物の電子・磁気構造を非破壊で詳しく調べられる強力な分光手法として現在も活用されています。