Efekt Mössbauera to proces, w którym jądro emituje lub absorbuje promienie gamma bez utraty energii na odrzut jądrowy. Został on odkryty przez niemieckiego fizyka Rudolfa L. Mössbauera w 1958 roku i okazał się niezwykle przydatny w badaniach podstawowych w fizyce i chemii. Znalazła zastosowanie m.in. w precyzyjnym pomiarze małych zmian energii w jądrach, atomach i kryształach wywołanych przez pole elektryczne, magnetyczne lub grawitacyjne. Przy przejściu jądra z wyższego do niższego stanu energetycznego z towarzyszącą emisją promieni gamma, emisja powoduje na ogół odrzut jądra, a to odbiera energię emitowanym promieniom gamma. W ten sposób promienie gamma nie mają wystarczającej energii, aby wzbudzić badane jądro docelowe. Mössbauer odkrył jednak, że możliwe są przejścia, w których odrzut jest pochłaniany przez cały kryształ, w którym związane jest emitujące jądro. W takich okolicznościach energia, która idzie na odrzut, stanowi znikomą część energii przejścia. Dlatego też emitowane promienie gamma przenoszą praktycznie całą energię wyzwoloną w wyniku przemiany jądrowej. Promienie gamma są zatem w stanie wywołać przemianę odwrotną, w podobnych warunkach znikomego odrzutu, w jądrze docelowym z tego samego materiału co emiter, ale w niższym stanie energetycznym. Ogólnie rzecz biorąc, promienie gamma są wytwarzane przez przejścia jądrowe z niestabilnego stanu wysokoenergetycznego do stabilnego stanu niskoenergetycznego. Energia emitowanego promienia gamma odpowiada energii przejścia jądrowego, pomniejszonej o ilość energii, która jest tracona jako odrzut przez emitujący atom. Jeżeli utracona energia odrzutu jest niewielka w porównaniu z szerokością pasma energetycznego przejścia jądrowego, to energia promienia gamma nadal odpowiada energii przejścia jądrowego, a promień gamma może zostać pochłonięty przez drugi atom tego samego typu co pierwszy. Taka emisja i następująca po niej absorpcja nazywana jest fluorescencją rezonansową. Dodatkowa energia odrzutu jest również tracona podczas absorpcji, więc aby rezonans wystąpił, energia odrzutu musi być w rzeczywistości mniejsza niż połowa szerokości liniowej dla odpowiedniego przejścia jądrowego.
Ilość energii w odbijającym się ciele (ER) można znaleźć z zachowania pędu:
| P R | = | P γ | { { {displaystyle |P_{ {R} }|=|P_{ {{}athrm {{}gamma }|} }|,}
gdzie PR jest pędem zwijanej materii, a Pγ pędem promienia gamma. Podstawiając energię do równania otrzymujemy:
E R = E γ 2 2 M c 2 {displaystyle E_{mathrm {R} }={frac {E_{mathrm {gamma } }^{2}}{2Mc^{2}}}}
gdzie ER (0.002 eV dla 57
Fe
) jest energią traconą jako odrzut, Eγ jest energią promieniowania gamma (14.4 keV dla 57
Fe
), M (56,9354 u dla 57
Fe
) to masa emitującego lub absorbującego ciała, a c to prędkość światła. W przypadku gazu ciałami emitującymi i absorbującymi są atomy, więc ich masa jest stosunkowo mała, co skutkuje dużą energią odrzutu, która uniemożliwia rezonans. (Zauważ, że to samo równanie dotyczy strat energii odrzutu w promieniowaniu rentgenowskim, ale energia fotonu jest znacznie mniejsza, co skutkuje mniejszą stratą energii, dlatego rezonans w fazie gazowej może być obserwowany w promieniowaniu rentgenowskim.)
W ciele stałym jądra są związane z siecią i nie ulegają odrzutowi w taki sam sposób jak w gazie. Sieć jako całość odbija się, ale energia odrzutu jest pomijalna, ponieważ M w powyższym równaniu jest masą całej sieci. Jednak energia w rozpadzie może być pobrana lub dostarczona przez drgania kraty. Energia tych drgań jest kwantowana w jednostkach zwanych fononami. Efekt Mössbauera występuje, ponieważ istnieje skończone prawdopodobieństwo rozpadu, w którym nie występują fonony. Tak więc w pewnej części zdarzeń jądrowych (frakcja bezodrzutowa, określona przez współczynnik Lamba-Mössbauera) cały kryształ działa jako ciało odbijające, a zdarzenia te są zasadniczo bezodrzutowe. W tych przypadkach, ponieważ energia odrzutu jest pomijalna, emitowane promienie gamma mają odpowiednią energię i może dojść do rezonansu.
Na ogół (w zależności od czasu połowicznego rozpadu) promienie gamma mają bardzo wąskie szerokości linii. Oznacza to, że są one bardzo wrażliwe na małe zmiany w energiach przejść jądrowych. W rzeczywistości, promienie gamma mogą być używane jako sonda do obserwacji efektów oddziaływań pomiędzy jądrem i jego elektronami oraz elektronami sąsiadów. Jest to podstawa spektroskopii Mössbauera, która łączy efekt Mössbauera z efektem Dopplera w celu monitorowania takich oddziaływań.
Zero-fonowe przejścia optyczne, proces ściśle analogiczny do efektu Mössbauera, można zaobserwować w chromoforach związanych sieciowo w niskich temperaturach.
.