Mössbauer-effekten är en process där en atomkärna avger eller absorberar gammastrålar utan att förlora energi till en kärnrecoil. Den upptäcktes av den tyske fysikern Rudolf L. Mössbauer 1958 och har visat sig vara anmärkningsvärt användbar för grundforskning inom fysik och kemi. Den har till exempel använts för att exakt mäta små energiförändringar i atomkärnor, atomer och kristaller som inducerats av elektriska, magnetiska eller gravitationsfält. Vid en kärnans övergång från ett högre till ett lägre energitillstånd med åtföljande emission av gammastrålar orsakar emissionen i allmänhet att kärnan rekylerar, vilket tar energi från de emitterade gammastrålarna. Gammastrålarna har därför inte tillräckligt med energi för att excitera en målkärna som skall undersökas. Mössbauer upptäckte dock att det är möjligt att ha övergångar där rekylen absorberas av en hel kristall där den emitterande kärnan är bunden. Under dessa omständigheter är den energi som går till rekylen en försumbar del av energin i övergången. Därför bär de utsända gammastrålarna praktiskt taget all den energi som frigörs av kärnövergången. Gammastrålarna kan således inducera en omvänd övergång, under liknande förhållanden med försumbar rekyl, i en målkärna av samma material som emittenten men i ett lägre energitillstånd. I allmänhet produceras gammastrålar av kärnövergångar från ett instabilt tillstånd med hög energi till ett stabilt tillstånd med låg energi. Energin i den utsända gammastrålen motsvarar energin i kärnövergången, minus en energimängd som går förlorad som rekyl till den utsändande atomen. Om den förlorade rekylenergin är liten jämfört med kärnövergångens energilinjebredd, motsvarar gammastrålens energi fortfarande kärnövergångens energi, och gammastrålen kan absorberas av en andra atom av samma typ som den första. Denna emission och efterföljande absorption kallas resonant fluorescens. Ytterligare rekylenergi går också förlorad under absorptionen, så för att resonans ska uppstå måste rekylenergin faktiskt vara mindre än halva linjebredden för motsvarande kärnövergång.
Mängden energi i den rekylande kroppen (ER) kan hittas från momentumbevarande:
| P R | = | P γ | {\displaystyle |P_{\mathrm {R} }|=|P_{\mathrm {\gamma } }|\,}
där PR är den rekylande materiens impuls och Pγ gammastrålens impuls. Genom att ersätta energi i ekvationen får man:
E R = E γ 2 2 2 M c 2 {\displaystyle E_{\mathrm {R} }={\frac {E_{\mathrm {\gamma } }^{2}}}{2Mc^{2}}}}
där ER (0,002 eV för 57
Fe
) är den energi som går förlorad som rekyl, Eγ är gammastrålens energi (14.4 keV för 57
Fe
), M (56,9354 u för 57
Fe
) är massan hos den utsändande eller absorberande kroppen och c är ljusets hastighet. I fallet med en gas är de emitterande och absorberande kropparna atomer, så massan är relativt liten, vilket resulterar i en stor rekylenergi, vilket förhindrar resonans. (Observera att samma ekvation gäller för rekylenergiförluster i röntgenstrålar, men fotonenergin är mycket mindre, vilket resulterar i en lägre energiförlust, varför gasfasresonans skulle kunna observeras med röntgenstrålar.)
I ett fast ämne är atomkärnorna bundna till gittret och rekylerar inte på samma sätt som i en gas. Gittret som helhet rekylerar men rekylenergin är försumbar eftersom M i ovanstående ekvation är massan för hela gittret. Energin i ett sönderfall kan dock tas upp eller tillföras av gittervibrationer. Energin i dessa vibrationer kvantifieras i enheter som kallas fononer. Mössbauer-effekten uppstår eftersom det finns en ändlig sannolikhet för att ett sönderfall som inte innehåller några fononer ska inträffa. I en bråkdel av de nukleära händelserna (den rekylfria bråkdelen, som ges av Lamb-Mössbauer-faktorn) fungerar hela kristallen som en rekylkropp, och dessa händelser är i stort sett rekylfria. I dessa fall, eftersom rekylenergin är försumbar, har de utsända gammastrålarna lämplig energi och resonans kan uppstå.
I allmänhet (beroende på halveringstiden för sönderfallet) har gammastrålar mycket smala linjebredder. Detta innebär att de är mycket känsliga för små förändringar i energierna hos kärnövergångarna. I själva verket kan gammastrålar användas som en sond för att observera effekterna av växelverkan mellan en atomkärna och dess elektroner och dess grannars elektroner. Detta är grunden för Mössbauer-spektroskopi, som kombinerar Mössbauer-effekten med Dopplereffekten för att övervaka sådana interaktioner.
Zerofonoptiska övergångar, en process som är nära analog med Mössbauer-effekten, kan observeras i gitterbundna kromoforer vid låga temperaturer.