การเลื่อนไอโซเมอร์ (หรือเรียกว่าการเลื่อนไอโซเมอร์) คือการเลื่อนของเส้นสเปกตรัมอะตอมและเส้นสเปกตรัมแกมมา ซึ่งเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากการแทนที่ไอโซเมอร์นิวเคลียร์ หนึ่ง ด้วยไอโซเมอร์อื่น โดยทั่วไปเรียกว่าการเลื่อนไอโซเมอร์บนเส้นสเปกตรัมอะตอมและการเลื่อนไอโซเมอร์ของเมิสส์เบาเออร์ตามลำดับ หากสเปกตรัมมีโครงสร้างไฮเปอร์ไฟน์การเลื่อนจะหมายถึงจุดศูนย์กลางมวลของสเปกตรัม การเลื่อนไอโซเมอร์ให้ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับโครงสร้างนิวเคลียร์และสภาพแวดล้อมทางกายภาพ เคมี หรือชีวภาพของอะตอม เมื่อไม่นานมานี้ ผลกระทบนี้ยังถูกเสนอให้เป็นเครื่องมือในการค้นหาการเปลี่ยนแปลงตามเวลาของค่าคงที่พื้นฐานของธรรมชาติ อีกด้วย ^{[ 1 ]}

การเลื่อนไอโซเมอร์บนเส้นสเปกตรัมอะตอมคือการเลื่อนพลังงานหรือความถี่ในสเปกตรัมอะตอม ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อแทนที่ไอโซเมอร์นิวเคลียร์หนึ่งด้วยไอโซเมอร์อื่น ผลกระทบนี้ได้รับการทำนายโดยRichard M. Weiner ^{[ 2 ]}ในปี 1956 ซึ่งการคำนวณของเขาแสดงให้เห็นว่าควรจะสามารถวัดได้ด้วยสเปกโทรสโกปีอะตอม (เชิงแสง) (ดูเพิ่มเติมที่^{[ 3 ]} ) มีการสังเกตในเชิงทดลอง^{[ 4 ]}เป็นครั้งแรกในปี 1958 ทฤษฎีการเลื่อนไอโซเมอร์อะตอม^{[ 2 ] [ 3 ]}ยังใช้ในการตีความการเลื่อนไอโซเมอร์ของ Mössbauer ด้วย

แนวคิดเรื่องไอโซเมอร์ยังปรากฏในสาขาอื่นๆ เช่นเคมีและอุตุนิยมวิทยาดังนั้น ในสิ่งพิมพ์แรกๆ ที่อุทิศให้กับปรากฏการณ์นี้^{[ 3 ] [ 2 ]} จึงใช้ ชื่อการเลื่อนไอโซเมอร์นิวเคลียร์บนเส้นสเปกตรัมก่อนการค้นพบปรากฏการณ์เมิสบาวเออร์การเลื่อนไอโซเมอร์หมายถึงสเปกตรัมอะตอม เท่านั้น ซึ่งอธิบายถึงการไม่มีคำว่าอะตอมในคำจำกัดความเริ่มต้น^{[ 2 ] [ 3 ]}ของปรากฏการณ์นี้ ต่อมา การเลื่อนไอโซเมอร์ยังถูกสังเกตในสเปกโทรสโกปีแกมมาผ่านปรากฏการณ์เมิสบาวเออร์และเรียกว่าการเลื่อนไอโซเมอร์เมิสบาวเออร์สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับประวัติของการเลื่อนไอโซเมอร์และคำศัพท์ที่ใช้ โปรดดู^{[ 5 ] [ 6 ]}

เส้นสเปกตรัมอะตอมเกิดจากการเปลี่ยนสถานะของอิเล็กตรอนระหว่างระดับพลังงานอะตอมE ที่แตกต่างกัน ตามด้วยการปล่อยโฟตอน ระดับพลังงานอะตอมเป็นผลมาจากการปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างอิเล็กตรอนและนิวเคลียส ระดับพลังงานของอะตอมสองอะตอม ซึ่งนิวเคลียสเป็นไอโซโทปที่แตกต่างกันของธาตุเดียวกัน จะเลื่อนไปจากกัน แม้ว่าประจุไฟฟ้าZของไอโซโทปทั้งสองจะเท่ากันก็ตาม ทั้งนี้เนื่องจากไอโซโทปแตกต่างกันที่จำนวนนิวตรอน ดังนั้นมวลและปริมาตรของไอโซโทปทั้งสองจึงแตกต่างกัน ความแตกต่างเหล่านี้ทำให้เกิดการเลื่อนของเส้นสเปกตรัมอะตอมเนื่องจาก ไอโซโทป

ในกรณีของไอโซเมอร์นิวเคลียร์สองชนิด จำนวนโปรตอนและจำนวนนิวตรอนจะเท่ากัน แต่สถานะควอนตัมและโดยเฉพาะอย่างยิ่งระดับพลังงานของไอโซเมอร์นิวเคลียร์ทั้งสองชนิดนั้นแตกต่างกัน ความแตกต่างนี้ทำให้เกิดความแตกต่างในการกระจายประจุไฟฟ้าของไอโซเมอร์ทั้งสอง และดังนั้นจึงเกิดความแตกต่าง δφ ในศักย์ไฟฟ้าสถิตนิวเคลียร์ φ ที่สอดคล้องกัน ซึ่งในที่สุดนำไปสู่ความแตกต่าง Δ Eในระดับพลังงานอะตอม การเลื่อนไอโซเมอร์บนเส้นสเปกตรัมของอะตอมจึงกำหนดโดย

${\displaystyle \Delta E=-e\int \delta \phi |\psi |^{2}\,d\tau ,}$

โดยที่ ψ คือฟังก์ชันคลื่นของอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนสถานะeคือประจุไฟฟ้า และการอินทิเกรตจะดำเนินการบนพิกัดของอิเล็กตรอน

การเลื่อนไอโซโทปิกและการเลื่อนไอโซเมอร์มีความคล้ายคลึงกันในแง่ที่ว่าทั้งสองเป็นปรากฏการณ์ที่ขนาดจำกัดของนิวเคลียสปรากฏให้เห็น และทั้งสองเกิดจากความแตกต่างของพลังงานปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างอิเล็กตรอนและนิวเคลียสของอะตอม การเลื่อนไอโซโทปิกเป็นที่รู้จักกันมานานหลายทศวรรษก่อนการเลื่อนไอโซเมอร์ และให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์แต่จำกัดเกี่ยวกับนิวเคลียสของอะตอม ต่างจากการเลื่อนไอโซเมอร์ การเลื่อนไอโซโทปิกถูกค้นพบครั้งแรกจากการทดลองแล้วจึงตีความในเชิงทฤษฎี (ดูเพิ่มเติมที่^{[ 7 ]} ) ในขณะที่ในกรณีของการเลื่อนไอโซโทปิก การกำหนดพลังงานปฏิสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กตรอนและนิวเคลียสเป็นปัญหาทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่ค่อนข้างง่าย สำหรับไอโซเมอร์ ปัญหาจะซับซ้อนกว่า เนื่องจากเป็นปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงซึ่งอธิบายถึงการกระตุ้นไอโซเมอร์ของนิวเคลียส และด้วยเหตุนี้จึงอธิบายถึงความแตกต่างของการกระจายประจุของสถานะไอโซเมอร์ทั้งสอง สถานการณ์นี้อธิบายได้บางส่วนว่าทำไมจึงไม่พบการเลื่อนไอโซเมอร์ของนิวเคลียสเร็วกว่านี้: ทฤษฎีนิวเคลียร์ที่เหมาะสม โดยเฉพาะอย่างยิ่งแบบจำลองเปลือกนิวเคลียสได้รับการพัฒนาขึ้นในช่วงปลายทศวรรษ 1940 และต้นทศวรรษ 1950 เท่านั้น ส่วนการสังเกตการเลื่อนนี้ในเชิงทดลอง ก็ต้องรอการพัฒนาเทคนิคใหม่ที่อนุญาตให้ทำการวิเคราะห์สเปกตรัมด้วยไอโซเมอร์ ซึ่งเป็น นิวเคลียส ที่ไม่เสถียรซึ่งเกิดขึ้นในทศวรรษ 1950 เช่นกัน

ในขณะที่การเลื่อนไอโซเมอร์มีความไวต่อโครงสร้างภายในของนิวเคลียส การเลื่อนไอโซโทปนั้น (โดยประมาณ) ไม่ไวต่อโครงสร้างดังกล่าว ดังนั้น ข้อมูลทางฟิสิกส์นิวเคลียร์ที่ได้จากการศึกษาการเลื่อนไอโซเมอร์จึงเหนือกว่าข้อมูลที่ได้จากการศึกษาการเลื่อนไอโซโทป การวัดค่าต่างๆ เช่น ความแตกต่างของรัศมีนิวเคลียสระหว่างสถานะกระตุ้นและสถานะพื้นฐาน ผ่านการเลื่อนไอโซเมอร์นั้น ถือเป็นหนึ่งในวิธีการทดสอบแบบจำลองนิวเคลียร์ที่มีความไวสูงที่สุด นอกจากนี้ เมื่อรวมกับปรากฏการณ์เมิสส์บาวเออร์ การเลื่อนไอโซเมอร์จึงเป็นเครื่องมือที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวในหลายสาขานอกเหนือจากฟิสิกส์ในปัจจุบัน

ตามแบบจำลองเปลือกนิวเคลียร์ มีไอโซเมอร์อยู่คลาสหนึ่ง ซึ่งในการประมาณค่าเบื้องต้นนั้น เพียงพอที่จะพิจารณานิวคลีออน เพียงตัวเดียว ที่เรียกว่านิวคลีออน "เชิงแสง" เพื่อประมาณค่าความแตกต่างระหว่างการกระจายประจุของสถานะไอโซเมอร์ทั้งสอง โดยนิวคลีออนที่เหลือจะถูกกรองออกไปโดยเฉพาะอย่างยิ่งใช้ได้กับไอโซเมอร์ในนิวเคลียสที่มีโปรตอนคี่และนิวตรอนคู่ ซึ่งมีเปลือกเกือบปิดอินเดียม -115 ซึ่งมีการคำนวณผลกระทบนี้^{[ 2 ]}เป็นตัวอย่างหนึ่ง ผลการคำนวณพบว่าการเลื่อนไอโซเมอร์บนเส้นสเปกตรัมอะตอม แม้ว่าจะค่อนข้างเล็ก แต่ก็มีขนาดใหญ่กว่าความกว้างของเส้นตามธรรมชาติทั่วไปถึงสองอันดับ ซึ่งเป็นขีดจำกัดของการวัดเชิงแสง

การเปลี่ยนแปลงที่วัดได้สามปีต่อมา^{[ 4 ]}ใน Hg-197 ค่อนข้างใกล้เคียงกับที่คำนวณได้สำหรับ In-115 แม้ว่าใน Hg-197 ซึ่งแตกต่างจากใน In-115 นิวคลีออนเชิงแสงจะเป็นนิวตรอนแทนที่จะเป็นโปรตอน และปฏิสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กตรอนกับนิวตรอนอิสระมีขนาดเล็กกว่าปฏิสัมพันธ์ระหว่างอิเล็กตรอนกับโปรตอนอิสระมาก นี่เป็นผลมาจากข้อเท็จจริงที่ว่านิวคลีออนเชิงแสงไม่ใช่อนุภาคอิสระ แต่เป็นอนุภาคที่ถูกผูกไว้^{[ 2 ]}ดังนั้นผลลัพธ์^{[ 4 ]}จึงสามารถอธิบายได้^{[ 8 ]}ภายในทฤษฎี^{[ 2 ]} โดยการเชื่อมโยงประจุไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพของ Z / Aกับนิวตรอนเชิงแสงคี่

การเลื่อนไอโซเมอร์ของเมิสส์เบาเออร์ (Mössbauer isomeric shift)คือการเปลี่ยนแปลงที่พบในการวิเคราะห์สเปกตรัมรังสีแกมมา เมื่อเปรียบเทียบสถานะไอโซเมอร์นิวเคลียร์สองสถานะที่แตกต่างกันในสภาพแวดล้อมทางกายภาพ เคมี หรือชีวภาพสองแบบที่แตกต่างกัน และเกิดจากผลรวมของการเปลี่ยนผ่านเมิสส์เบาเออร์แบบไร้แรงสะท้อนกลับระหว่างสถานะไอโซเมอร์นิวเคลียร์สองสถานะ และการเปลี่ยนผ่านระหว่างสถานะอะตอมสองสถานะในสภาพแวดล้อมทั้งสองนั้น

การเลื่อนไอโซเมอร์บนเส้นสเปกตรัมของอะตอมขึ้นอยู่กับฟังก์ชันคลื่นอิเล็กตรอน ψ และความแตกต่าง δφ ของศักย์ไฟฟ้าสถิต φ ของสถานะไอโซเมอร์ทั้งสอง

สำหรับไอโซเมอร์นิวเคลียร์ที่กำหนดในสภาพแวดล้อมทางกายภาพหรือทางเคมีที่แตกต่างกันสองแบบ (เฟสทางกายภาพที่แตกต่างกันหรือการรวมตัวทางเคมีที่แตกต่างกัน) ฟังก์ชันคลื่นอิเล็กตรอนก็จะแตกต่างกันด้วย ดังนั้น นอกเหนือจากการเลื่อนไอโซเมอร์บนเส้นสเปกตรัมอะตอม ซึ่งเกิดจากความแตกต่างของสถานะไอโซเมอร์นิวเคลียร์ทั้งสองแล้ว ยังจะมีการเลื่อนระหว่างสภาพแวดล้อมทั้งสอง (เนื่องจากการจัดเรียงการทดลอง จึงเรียกว่าแหล่งกำเนิด (ψs) และตัวดูดซับ (a)) การเลื่อนรวมนี้คือการเลื่อนไอโซเมอร์ของ Mössbauer และอธิบายทางคณิตศาสตร์โดยใช้รูปแบบเดียวกันกับการเลื่อนไอโซเมอร์นิวเคลียร์บนเส้นสเปกตรัมอะตอม ยกเว้นว่าแทนที่จะใช้ฟังก์ชันคลื่นอิเล็กตรอนหนึ่งฟังก์ชันในแหล่งกำเนิด ψs _เราจะพิจารณาความแตกต่างระหว่างฟังก์ชันคลื่นอิเล็กตรอนในแหล่งกำเนิด ψs _และฟังก์ชันคลื่นอิเล็กตรอนในตัวดูดซับ_ψa :

${\displaystyle \Delta E_{\text{Mossbauer}}=\Delta E_{\text{s}}-\Delta E_{\text{a}}=-e\int \delta \phi {\big (}|\psi _{\text{s}}|^{2}-|\psi _{\text{a}}|^{2}{\big )}\,d\tau .}$

การวัดค่าการเลื่อนไอโซเมอร์ครั้งแรกในสเปกโทรสโกปีแกมมาด้วยความช่วยเหลือของปรากฏการณ์เมิสส์เบาเออร์ได้รับการรายงาน^{[ 9 ]}ในปี พ.ศ. 2503 สองปีหลังจากมีการสังเกตเชิงทดลองครั้งแรกในสเปกโทรสโกปีอะตอม^{[ 4 ]}โดยการวัดค่าการเลื่อนนี้ จะได้รับข้อมูลที่สำคัญและแม่นยำอย่างยิ่ง ทั้งเกี่ยวกับสถานะไอโซเมอร์นิวเคลียร์และเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมทางกายภาพ เคมี หรือชีวภาพของอะตอม ซึ่งแสดงโดยฟังก์ชันคลื่นอิเล็กตรอน

ภายใต้รูปแบบ Mössbauer การเปลี่ยนแปลงไอโซเมอร์ ได้ถูกนำไปประยุกต์ใช้ที่สำคัญในสาขาต่างๆ เช่นฟิสิกส์อะตอมฟิสิกส์ของแข็งฟิสิกส์นิวเคลียร์เคมีชีววิทยาโลหะวิทยาแร่ธาตุวิทยาธรณีวิทยาและ การ วิจัยดวงจันทร์ สำหรับเอกสารเพิ่มเติม โปรดดูที่^{[ 10 ]}

การเลื่อนไอโซเมอร์นิวเคลียร์ยังได้รับการสังเกตในอะตอมมิวออนิกด้วย^{[ 11 ]}ซึ่งก็คืออะตอมที่มิวออนถูกจับโดยนิวเคลียสที่ถูกกระตุ้นและเปลี่ยนจากสถานะอะตอมที่ถูกกระตุ้นไปสู่สถานะอะตอมพื้นฐานในเวลาที่สั้นกว่าอายุขัยของสถานะนิวเคลียสไอโซเมอร์ที่ถูกกระตุ้น