Новейшие проблемы гравитации - Иваненко Д.
Скачать (прямая ссылка):
['+I(^)Ib
Н) 18. Гравитационное смещение в ядерном резонансе 471
рах [2, 3]. Сообщалось об измерениях на изотопе W182, для которого по допплеровской ширине резонанса было вычислено время жизни в 0,6 ммксек. Это значение составляет половину обычно принимаемого времени жизни, измеряемого методом запаздывающих совпадений. Не ясно, связано ли это расхождение с принципиальными возможностями экспериментальной методики или это, как предполагают авторы, связано в значительной степени с несовершенством конструкции аппаратуры, усугубляемой сложным спектром у-лучей Та182.
Конечно, можно было бы, как указывалось, ожидать эффекты, обусловленные сверхтонкой структурой в этих спектрах, если времена жизни достаточно велики, чтобы эти эффекты были ощутимы. Все эти эффекты, рассмотренные в связи с угловой корреляцией в каскаде у-лучей, должны оказывать определенное влияние. Например, желательно использовать источник, который в момент испускания соответствующих у-лучей с большой вероятностью находился бы в кристаллической решетке в нормальном положении и в основном электронном состоянии. Могли бы иметь место важные вторичные эффекты вследствие ?-распада, предшествующего испускания у-лучей высокой энергии или захвата электрона, так же как уши-рение за счет дефектов в кристаллической решетке или короткого времени спин-решеточной релаксации.
Однако, если даже дальнейшее развитие экспериментальной техники и не даст возможности получить более узкие резонансы, уже наблюдаемые имеют относительные ширины по частоте, значительно меньшие ширин всех других линий, предлагаемых в качестве «атомных часов».
Если рассеяние уменьшается до половины своей максимальной величины в результате относительного движения источника и рассеивателя со скоростью V1 то величина Q, представляющая собой отношение частоты к полной ширине на половине высоты наблюдаемого резонансного максимума, будет с!2v. В экспериментахМёссбауэра Q приблизительно равно 1 • IO10, а в случае эксперимента с W182— 7-Ю10. В общем случае Q=IfIO-Ey (Мэв)-Ті/2 (ммксек)-IO12.
Измерение гравитационного красного смещения можно осуществить путем исследования рассеяния у-лучей, когда источник и рассеиватель, расположенные на разных высо- 472
Р. Паунд и Г. Ребка
таX, отличающихся на Л, дадут при наблюдении относительной скорости максимальное рассеяние. Чтобы предсказываемое смещение было равно (полной) полуширине линии, необходима разность высот
, Г_4JI8_1
1/2 ~~ [Ey (Мэв) T1/2 (ммксек)\ КМ'
Следовательно, в случае ширины, которая приводится для W182, потребовалась бы высота 66 км.
Это наводит на мысль о том, какие возможности открылись бы, если бы удалось найти источники у-лучей с меньшей шириной. Например, для ядра Fe57, у которого Ey = =0,0144 Мэв и Xij2 = 100 ммксек, потребовалась бы разность высот лишь в 2,9 км, чтобы получить смещение, соответствующее естественной ширине. Другим примером мог бы служить Zn67, возбужденный уровень которого с энергией 0,093 Мэв имеет время жизни 9400 ммксек. Чтобы получить естественную ширину для этого ядра, Ai/2 должно составлять 4,74 м. Эти возможности значительно выходят за рамки того, чем мы располагаем в настоящее время. Сейчас мы предпринимаем изучение этих и некоторых других изотопов в различных условиях с целью выделить изотоп, пригодный для гравитационного эксперимента. Помимо всего прочего, было бы желательно совпадение сверхтонкой структуры у источников и рассеи-вателей или ее отсутствие у тех и других.
Очевидно, одна из трудностей, связанных с большим расстоянием между источником и рассеивателем, связана с тем обстоятельством, что интенсивность убывает обратно пропорционально квадрату расстояния. Как следствие участия большого числа тождественных ядер в индивидуальном процессе рассеяния без отдачи, можно ожидать возникновение интенсивной брэгговской дифракции от тонких кристаллов. Тем самым имеется возможность некоторой фокусировки при помощи изогнутого кристалла. Кроме того, можно использовать брэгговское отражение от тонких кристаллов, чтобы отделить у-лучи, испущенные без отдачи от всех прочих у-лучей. Этим путем можно учесть фон у-лучей.
Полное внешнее отражение у-лучей низкой энергии при крайне малых углах падения открывает возможность своего 18. Гравитационное смещение в ядерном резонансе 473
рода «световой трубы», что увеличит эффективный телесный угол, под которым виден рассеиватель из источника. В пределах, ограниченных малым углом полного отражения, эта труба не обязательно должна быть оптически прямолинейной1).
Согласно фундаментальной идее, на которой основываются эксперименты такого рода, нежелательные доппле-ровские смещения рассматриваются лишь как результат тепловых, сейсмических и подобных им возмущений. Чтобы скомпенсировать предсказываемое гравитационное смещение, потребуется относительное изменение в разности высот в 3,27- IO 8 в 1 сек.
Возмущающие влияния должны быть значительно меньшими этого значения, впрочем, это справедливо и для других методов измерения красного смещения. Можно было бы отделить относительное движение от красного смещения путем одновременного наблюдения пучков, распространяющихся в противоположных направлениях.
