霍夫斯塔特1915年2月5日出生於美國紐約,1935年以優異的成績畢業於紐約市立學院,隨後獲獎學金到普林斯頓大學學習物理,1938年同時得碩士學位和博士學位。然後霍夫斯塔特留在普林斯頓做博士後研究。第二次世界大戰期間霍夫斯塔特在美國國家標準局工作,1948年發現碘化鈉被鉈激活後可製成NaI(Tl)晶體閃爍計數器。這種計數器後來得到廣泛應用。1950年霍夫斯塔特轉斯坦福大學任教,正好這時斯坦福大學建造的直線加速器SLAC即將完工。從此他把畢生的精力奉獻給了加速器事業和核物理學。
如果說,霍夫斯塔特對核結構的研究是一項基礎研究,打開了了解核子結構的大門,那麼,穆斯堡爾發現的穆斯堡爾效應則不但為核物理開辟了新的研究途徑,而且還以席卷之勢迅速地運用於許多學科領域並立即取得了豐碩成果。這些領域涉及物理學許多分支以及化學、生物學、地質學、冶金學、材料科學、環境科學和考古學等等方麵,形成了一門新的跨學科領域——穆斯堡爾譜學。
穆斯堡爾效應指的是γ射線的無反衝發射和共振吸收效應,這是核物理學中的一種特殊現象。共振吸收的概念由來已久,瑞利在19世紀末就預計到原子體係中有可能產生共振現象。1904年伍德(R.W.Wood)用鈉光源實現了原子的共振熒光。他把鈉焰發出的D黃線照射裝有鈉蒸汽的透明容器,被容器擋住的屏幕雖然出現陰影,但在容器周圍卻顯示了同一頻率的熒光。
為了實現原子核的共振吸收,人們曾作過如下幾種嚐試:(1)比較法。1929年庫恩(W.Kuhn)首先試圖在實驗中觀測到原子核的共振熒光。他認識到,吸收體中的原子核必須跟放射源的原子核相同,才有可能實現共振吸收。他將釷蛻變為鉛208的過程中所輻射的γ射線打到PbCl2上。同時,以鐳放射源照射PbCl2,比較兩者的差異。可是經過成百次的對比實驗都沒有得到預期效果。兩者沒有可察覺的差異。以後的一二十年,人們一直沿著他的思路繼續試驗,均未奏效。原因顯然是他們沒有估計到原子核反衝的破壞作用。
(2)多普勒頻移法。1951年默恩(P.B.Moon)係統地分析了反衝作用引起的能量變化,認識到庫恩實驗失敗的根本原因在於未考慮原子核的反衝。他提出,如果利用多普勒效應,使發射源處於高速運動狀態以補償γ射線因原子核反衝而損失的能量,這個速度v隻要滿足:Eγ·v/c=2ER就可以使發射譜和吸收譜部分重疊,因此有可能實現共振吸收。式中Eγ為γ射線光子的能量,ER為核反衝能量,c為光速。
他把放射源198Au鍍在鋼製轉子邊緣的某處上,用超速離心機使轉子邊緣以800m/s的高速旋轉。198Au經β蛻變形成198Hg並發射0.411MeVγ射線。γ射線由水銀接收,並用蓋革計數器檢測散射的γ射線,經過反複試驗,終於觀察到了γ射線的共振效應。盡管這個實驗條件要求太苛刻,難以付諸實際應用,但仍不失為第一次成功的試驗,因此頗引人注目。
(3)升溫法。1953年馬姆福斯采用另一種方法產生多普勒效應,也觀測到了γ共振。他把放射源和吸收體的溫度升高,使原子熱運動加劇,從而把發射譜和吸收譜展寬到足夠的程度。當兩曲線出現一定的重疊時,就有可能產生共振吸收。這一做法的缺點是共振譜線遠寬於自然線寬,根本體現不出核躍遷自然線寬極窄的特點,所以無法立即找到直接的應用,也就未能引起很大反響。
有沒有更好的辦法來實現γ共振?如何使譜線寬度接近自然線寬,從而觀測核能級躍遷的超精細結構?怎樣利用這一共振效應?這些問題激勵著科學家們進一步向前探索。
這時,德國海德堡馬克斯·普朗克研究所的研究生穆斯堡爾正在梅爾-萊伯尼茨教授名下作博士論文。梅爾-萊伯尼茨教授建議他抓住核共振熒光的課題,並采用馬姆霍斯的方法進行研究。穆斯堡爾最初的工作是測量銥191的129keVγ輻射的壽命,他所采用的實驗方案與馬姆福斯等人不同的地方在於:他不是測共振散射,而是測共振吸收強度。測共振散射,必須考慮彈性散射和康普頓散射引起的本底,實驗變得十分困難。如果在吸收中測量核共振效應,就可以避免上述困難。然而由於這一效應,特別是對軟γ輻射的情況,比起原子殼層的吸收效應小得多,所以要由吸收實驗測核能級壽命,對測量儀器精確度和穩定度的要求特別高。