Mössbauer-effekten er en proces, hvor en kerne udsender eller absorberer gammastråler uden tab af energi til en nuklear rekyl. Den blev opdaget af den tyske fysiker Rudolf L. Mössbauer i 1958 og har vist sig at være bemærkelsesværdigt nyttig for grundforskning inden for fysik og kemi. Den er f.eks. blevet anvendt til nøjagtig måling af små energiforandringer i atomkerner, atomer og krystaller, som er forårsaget af elektriske, magnetiske eller gravitationsfelter. Ved en kernes overgang fra en højere til en lavere energitilstand med ledsaget udsendelse af gammastråler forårsager udsendelsen som regel, at kernen rekyleres, hvilket tager energi fra de udsendte gammastråler. Gammastrålerne har således ikke tilstrækkelig energi til at excitere en målkerne, der skal undersøges. Mössbauer opdagede imidlertid, at det er muligt at have overgange, hvor tilbagespringningen absorberes af en hel krystal, hvori den udsendte kerne er bundet. Under disse omstændigheder er den energi, der går til rekylen, en ubetydelig del af energien i overgangen. Derfor bærer de udsendte gammastråler stort set al den energi, der er frigjort ved kerneovergangen. Gammastrålerne er således i stand til at fremkalde en omvendt overgang under lignende forhold med en ubetydelig rekyl i en målkerne af samme materiale som emitteren, men i en lavere energitilstand. Generelt produceres gammastråler ved kerneovergange fra en ustabil højenergitilstand til en stabil lavenergitilstand. Energien i den udsendte gammastråle svarer til energien i kerneovergangen minus en mængde energi, der går tabt som rekyl til det udsendte atom. Hvis den tabte rekylenergi er lille i forhold til energiliniebredden for kerneovergangen, svarer gammastrålens energi stadig til energien i kerneovergangen, og gammastrålen kan absorberes af et andet atom af samme type som det første. Denne emission og efterfølgende absorption kaldes resonant fluorescens. Yderligere rekylenergi går også tabt under absorptionen, så for at resonans kan forekomme, skal rekylenergien faktisk være mindre end halvdelen af linjebredden for den tilsvarende kerneovergang.
Mængden af energi i rekyllegemet (ER) kan findes ud fra impulsbevarelse:
| P R | = | P γ | {\displaystyle |P_{\mathrm {R} }|=|P_{{\mathrm {\gamma } }|\,}
hvor PR er impulsen for det rekylerende stof, og Pγ er impulsen for gammastrålen. Ved at indsætte energi i ligningen får man:
E R = E γ 2 2 2 M c 2 {\displaystyle E_{\mathrm {R}} }={\\frac {E_{{\mathrm {\gamma } }^{2}}}{2Mc^{2}}}}
hvor ER (0,002 eV for 57
Fe
) er den energi, der går tabt som rekyl, Eγ er gammastrålens energi (14.4 keV for 57
Fe
), M (56,9354 u for 57
Fe
) er massen af det emitterende eller absorberende legeme, og c er lysets hastighed. I tilfælde af en gas er de emitterende og absorberende legemer atomer, så massen er relativt lille, hvilket resulterer i en stor rekylenergi, som forhindrer resonans. (Bemærk, at den samme ligning gælder for tab af rekylenergi i røntgenstråler, men fotonenergien er meget mindre, hvilket resulterer i et lavere energitab, hvorfor gasfaseresonans kunne observeres med røntgenstråler.)
I et fast stof er atomkernerne bundet til gitteret og rekylerer ikke på samme måde som i en gas. Gitteret som helhed rekylerer, men rekylenergien er ubetydelig, fordi M i ovenstående ligning er massen af hele gitteret. Energien i et henfald kan imidlertid optages eller tilføres af gittervibrationer. Energien i disse vibrationer er kvantificeret i enheder, der kaldes fononer. Mössbauer-effekten opstår, fordi der er en begrænset sandsynlighed for, at der opstår et henfald, som ikke indeholder nogen fononer. I en brøkdel af de nukleare hændelser (den rekylfrie brøkdel, givet ved Lamb-Mössbauer-faktoren) fungerer hele krystallen således som rekyllegeme, og disse hændelser er i det væsentlige rekylfrie. I disse tilfælde, da rekylenergien er ubetydelig, har de udsendte gammastråler den passende energi, og der kan opstå resonans.
I almindelighed (afhængigt af henfaldets halveringstid) har gammastråler meget smalle linjebredder. Det betyder, at de er meget følsomme over for små ændringer i energierne i kerneovergangene. Faktisk kan gammastråler bruges som en sonde til at observere virkningerne af vekselvirkninger mellem en kerne og dens elektroner og dens naboers elektroner. Dette er grundlaget for Mössbauer-spektroskopi, som kombinerer Mössbauer-effekten med Doppler-effekten for at overvåge sådanne vekselvirkninger.
Zero-fononoptiske overgange, en proces, der er tæt analog med Mössbauer-effekten, kan observeres i gitterbundne chromophorer ved lave temperaturer.