O Efeito Mössbauer é um processo no qual um núcleo emite ou absorve raios gama sem perda de energia para um recuo nuclear. Foi descoberto pelo físico alemão Rudolf L. Mössbauer em 1958 e provou ser notavelmente útil para a pesquisa básica em física e química. Tem sido usado, por exemplo, na medição precisa de pequenas mudanças de energia em núcleos, átomos e cristais induzidos por campos elétricos, magnéticos ou gravitacionais. Numa transição de um núcleo de um estado de energia mais alto para um estado de energia mais baixo com a emissão de raios gama que o acompanha, a emissão geralmente causa o recuo do núcleo, e isto retira energia dos raios gama emitidos. Assim, os raios gama não têm energia suficiente para excitar um núcleo alvo para ser examinado. Contudo, Mössbauer descobriu que é possível ter transições nas quais o recuo é absorvido por todo um cristal no qual o núcleo emissor está ligado. Nestas circunstâncias, a energia que vai para o recuo é uma porção insignificante da energia da transição. Portanto, os raios gama emitidos carregam praticamente toda a energia liberada pela transição nuclear. Os raios gama são assim capazes de induzir uma transição inversa, sob condições semelhantes de recuo insignificante, num núcleo alvo do mesmo material que o emissor, mas num estado de energia inferior. Em geral, os raios gama são produzidos por transições nucleares de um estado instável de alta energia para um estado estável de baixa energia. A energia dos raios gama emitidos corresponde à energia da transição nuclear, menos uma quantidade de energia que é perdida como recuo para o átomo emissor. Se a energia de recuo perdida for pequena em comparação com a largura da linha de energia da transição nuclear, então a energia dos raios gama ainda corresponde à energia da transição nuclear, e o raio gama pode ser absorvido por um segundo átomo do mesmo tipo que o primeiro. Esta emissão e posterior absorção é chamada de fluorescência ressonante. A energia adicional de recuo também é perdida durante a absorção, portanto, para que a ressonância ocorra, a energia de recuo deve ser menor que metade da largura da linha para a transição nuclear correspondente.
A quantidade de energia no corpo de recuo (ER) pode ser encontrada a partir da conservação do momento:
| P R | = | P γ | | |P_{\\mathrm {R} }|=|P_{\mathrm {\gamma } P__{{{\mathrm {\R}}||=|P_{{\mathrm {\gamma }}|,
onde PR é o momentum da matéria de recoiling, e Pγ o momentum do raio gama. A substituição de energia na equação dá:
E R = E γ 2 2 M c 2 {\displaystyle E_{\mathrm {\R} }={\frac {\frac {\mathrm {\gamma } }^{2}}{2Mc^{2}}}}
Onde ER (0.002 eV para 57
Fe
) é a energia perdida como recuo, Eγ é a energia do raio gama (14.4 keV para 57
Fe
), M (56,9354 u para 57
Fe
) é a massa do corpo emissor ou absorvente, e c é a velocidade da luz. No caso de um gás, os corpos emissores e absorventes são átomos, portanto a massa é relativamente pequena, resultando numa grande energia de recuo, o que impede a ressonância. (Note que a mesma equação se aplica às perdas de energia de recuo em raios X, mas a energia do fóton é muito menor, resultando em uma menor perda de energia, razão pela qual a ressonância fase gasosa poderia ser observada com raios X.)
Em um sólido, os núcleos são ligados à malha e não recuam da mesma forma que em um gás. A treliça como um todo recuo mas a energia de recuo é insignificante porque o M na equação acima é a massa de toda a treliça. No entanto, a energia em decadência pode ser absorvida ou fornecida por vibrações da malha. A energia destas vibrações é quantificada em unidades conhecidas como fones. O efeito Mössbauer ocorre porque existe uma probabilidade finita de ocorrer um decaimento que não envolve nenhum fonão. Assim, em uma fração dos eventos nucleares (a fração livre de recuo, dada pelo fator Lamb-Mössbauer), o cristal inteiro atua como o corpo de recuo, e esses eventos são essencialmente livres de recuo. Nestes casos, como a energia de recuo é insignificante, os raios gama emitidos têm a energia e ressonância adequadas.
Em geral (dependendo da meia-vida da decadência), os raios gama têm larguras de linha muito estreitas. Isto significa que eles são muito sensíveis a pequenas mudanças nas energias das transições nucleares. Na verdade, os raios gama podem ser usados como uma sonda para observar os efeitos das interações entre um núcleo e seus elétrons e os de seus vizinhos. Esta é a base para a espectroscopia Mössbauer, que combina o efeito Mössbauer com o efeito Doppler para monitorar tais interações.
Transições ópticas de zero-fon, um processo análogo ao efeito Mössbauer, pode ser observado em cromóforos ligados à malha a baixas temperaturas.