В ядерном гамма-резонансе одна десятимиллионная доля энергии, которую забирало себе, например, то же ядро железа-57, равна примерно 10–3 электрон-вольта. Порция сама по себе ничтожно малая, и все-таки она в 105 раз больше всего интервала резонансной энергии.
Отдача ядра, которую физики раньше сбрасывали со счетов, едва заметным образом меняя энергию гамма-квантов, в то же время полностью лишала их способности поддерживать резонансную гамма-связь с другими ядрами. Какая уж тут коммуникабельность! Искать в таких условиях ядерный гамма-резонанс — это все равно что пытаться принять, например, в Москве радиостанцию Сиднея при сильнейшем фединге.
Но в особых условиях ученым все-таки удалось наладить гамма-связь между ядрами. Ядро, испытывающее отдачу, и вылетающий из него гамма-квант с меньшей энергией, или, что то же самое, с меньшей частотой, движутся в противоположные стороны. Перед нами давно известный физикам эффект Допплера.
Со звуковым вариантом этого эффекта, наверное, знаком каждый. Свисток тепловоза, удаляющегося от перрона вокзала, слышится нам более низкой частоты, чем тот же свисток прибывающего. Частота колебаний волн, распространяющихся в сторону, противоположную движению источника звука, уменьшается.
К счастью, с допплер-эффектом можно бороться. Если источник, содержащий возбужденные изомерные ядра, двигать в сторону мишени, то можно скомпенсировать изменение частоты попадающих в нее гамма-квантов.
Правда, подсчитав, с какой скоростью надо двигать излучатель, физики махнули было рукой на все свои надежды по использованию ядерного гамма-резонанса. Оказалось, отдачу можно было компенсировать, двигая ядра… со скоростью звука.
Несмотря на столь жесткие условия, экспериментаторам удалось зарегистрировать резонанс в тот момент, когда мимо покоящейся ртутной мишени и счетчика на плече ультрацентрифуги проносились возбужденные ядра ртути. Нельзя сказать, что это был очень удобный метод исследования гамма-резонанса.
Впрочем, тот, кто не выносил воя центрифуги, мог выбрать другой вариант: например, нагревать ядра-излучатели до температуры в несколько тысяч градусов. В этом адском пекле ядра тоже приобретали скорость, необходимую для компенсации отдачи. Но далеко не каждая лаборатория могла воздвигнуть собственную домну для подобного эксперимента.
И вдруг все переменилось к лучшему. Выброшены были центрифуги и потушен был наконец почти солнечный огонь, который бушевал в лабораториях.
Немецкий физик Р. Мессбауэр в 1958 году показал, как легко и просто наблюдать гамма-резонанс, если предварительно принять некоторые меры по ликвидации отдачи ядра. Молодой ученый стал единственным человеком в мире, который употреблял длинное название «ядерный гамма-резонанс без отдачи» вместо принятого всеми короткого термина, обозначающего это явление, — «эффект Мессбауэра».
Научный сотрудник Гейдельбергского института имени М. Планка Р. Мессбауэр для работы над диссертацией получил от своего шефа тему, которая называлась «Исследование резонансного поглощения гамма-квантов». Планировалось традиционное изучение свойств этого явления с помощью сильного нагревания ядер передатчиков и приемников. Но диссертант пошел своим, оригинальным путем к решению поставленной перед ним задачи. Он сообразил, как, обойдясь без нагревания, можно почти полностью избавиться от отдачи ядра. Р. Мессбауэр проверил свою идею на опыте и описал ее в диссертации на соискание ученой степени доктора философии. К моменту опубликования диссертации автору было 29 лет, а через три года ом получил в Стокгольме Нобелевскую премию по физике.
Р. Мессбауэр не был ни магом, ни волшебником и не мог отменить законы природы. Ученый понял, как повлиять на распределение энергии между гамма-квантом и ядром в пользу гамма-кванта.
Все знают, что если винтовку опереть о стенку, то отдача при выстреле будет незначительной. Масса винтовки за счет массы стены увеличится настолько, что пуле достанется почти вся энергия, выделяющаяся при взрыве пороха.
«Конечно, — сказал Р. Мессбауэр в лекции, прочитанной несколько лет назад в Москве, — приковать ядра к стене не так-то просто. Однако можно попытаться сделать это, взяв вместо одного атома в газообразной фазе набор атомов в виде кристаллов».
Химические силы надежно приковали атомы, содержащие возбужденные ядра-изомеры, к кристаллической решетке, которая играла роль стены и практически сводила на нет отдачу ядра при испускании гамма-квантов.