Ядерный гамма-резонанс (ЯГР) – метод, основанный на эффекте Мессбауэра, открытом в 1957 году немецким физиком Рудольфом Мессбауэром. Через четыре года за это открытие ему была присуждена Нобелевская премия.

Метод ЯГР применим к твердым веществам, например, ⁵⁷Fe, ¹²⁹I, ¹²¹Sb,¹¹⁹Sn, ⁶¹Ni, ⁶⁷Zn, ⁹⁹Ru, ¹²⁵Te, ¹⁹⁷Au. При этом с уменьшением порядкового номера элемента вероятность эффекта падает, и на легких ядрах (O, N, C) не наблюдается вообще.

Ядро может находится в двух состояниях: в основном (с меньшей энергией) и возбужденном (с большей энергией). В возбужденном состоянии ядро может оказаться в результате поглощения гамма-кванта с энергией, равной разности энергий между двумя состояниями ядра ΔE. При радиоактивном распаде происходит излучение гамма-кванта и переход ядра из возбужденного в основное состояние. При этом энергия испускаемого гамма-кванта не всегда равно ΔE, необходимо учитывать еще энергию отдачи. Суть эффекта Мессбауэра состоит в резонансном испускании и поглощении гамма-квантов ядрами в твердом теле без потери энергии на отдачу (то есть энергия испускаемых и поглощаемых гамма-квантов одинакова). Такое явление можно наблюдать только в твердых телах, так как ядра жестко «закреплены» на своих местах и совершают лишь колебательное движение около положения равновесия. Благодаря этому энергия отдачи будет ничтожна мала и будет передаваться не отдельному ядру, а некоторой их совокупности (макроскопическому объекту).

Можно дать следующую интерпретацию эффекта: ситуация напоминает человека, бросающего камень из лодки. Большую часть энергии, согласно закону сохранения импульса, получает лёгкий камень, но небольшая часть энергии броска переходит в кинетическую энергию получающей отдачу лодки. Летом лодка просто приобретёт некоторое количество движения и отплывёт в направлении, противоположном направлению броска. Однако зимой, когда озеро замерзнет, лодку будет удерживать лёд, и отдача будет передаваться целому озеру. Таким образом, бросок будет производиться без отдачи.

Схема эксперимента (рис. 1) была предложена и реализована Р.Л. Мессбауэром и только модернизируется. Имеется источник гамма-квантов, за ним поглотитель, содержаний тот же изотоп, что и излучатель, и детектор гамма-квантов. Гамма-кванты, энергия которых равна разности энергий возбужденного и основного состояния, поглощаются, возбуждая ядро, и на детектор не попадают. Регистрируются лишь те кванты, энергия которых отлична от ΔE.

Ядерный гамма-резонанс нашел широкое применение в физике и химии твердого тела, ядерной физике, геологии, археологии, аналитической химии. С помощью МБ-спектроскопии получают ценную информацию: электронное окружение атомов в твердых телах, степень их окисления, полярность связей, степень ковалентности химической связи, характер и симметрию кристаллического поля, макромагнитное состояние вещества при разных температурах, зарядовое состояние атомов, симметрия их локального окружения и др.