Эффе́кт Мёссба́уэра (ядерный гамма-резонанс), резонансное испускание или поглощение гамма-квантов ядрами сильно связанных атомов (в твёрдом теле или вязкой жидкости) без потери энергии на отдачу ядра. Открыт Р. Мёссбауэром в 1958 г.

Резонансное излучение $γ$-квантов возникает при переходе ядер из возбуждённого состояния (с большей энергией) в основное (с меньшей энергией), причём энергия $γ$-кванта равна разности энергий $E_0$ этих состояний ядра; поглощение $γ$-квантов переводит ядра в возбуждённое состояние. Каждому из таких переходов соответствует т. н. лоренцева линия в энергетическом спектре излучения или поглощения: центр линии соответствует значению $E_0,$ а естественная ширина линии $Γ$ (наблюдаемая без дополнительных воздействий на ядро) обратно пропорциональна среднему времени жизни $τ$ возбуждённого состояния ядра.

Гамма-кванты, испускаемые или поглощаемые свободным и неподвижным ядром, теряют часть энергии $R$ на отдачу ядра (т. е. на изменение его кинетической энергии). Эта величина равна $R = E^2/(2Mc^2),$ где $M$ – масса ядра, $E$ – энергия $γ$-кванта, $c$ – скорость света. Для ядерных переходов $Γ ≪ R,$ так что линии испускания и поглощения, смещённые друг относительно друга на величину $2R,$ практически не перекрываются. Таким образом, вероятность резонансного поглощения испущенного $γ$-кванта таким же ядром чрезвычайно мала. Однако в реальных веществах происходит уширение линий испускания и поглощения на величину $Δ$ за счёт теплового движения частиц: $Δ = 2 \sqrt{RkT} ,$ где $kT$ – средняя энергия фононов в твёрдых телах и тепловых возбуждений в жидкостях ($k$ – постоянная Больцмана, $T$ – абсолютная температура). Для величины $Δ$ выполняется соотношение $Γ ≪ Δ ≪ R,$ поэтому перекрытие линий испускания и поглощения остаётся незначительным. Возможно искусственное увеличение перекрытия линий, возникающее при нагреве источника и поглотителя $γ$-квантов или сдвиге спектральных линий за счёт эффекта Доплера. В последнем случае реализуется встречное движение излучающих и поглощающих ядер с относительными скоростями в сотни м/с. При проведении подобных экспериментов Р. Мёссбауэр обнаружил, что в твёрдом теле, ядра которого имеют $γ$-переходы с низким значением $E_0,$ в спектрах испускания и поглощения наблюдаются несмещённые узкие линии с энергией $E_0$ и шириной, близкой к $Γ$, причём интенсивность этих линий увеличивается с понижением температуры. В 1960-х гг. такое явление обнаружено и в вязких жидкостях.

Это явление, получившее название эффекта Мёссбауэра, обусловлено сильным взаимодействием атомов, благодаря которому энергия отдачи при испускании или поглощении $γ$-кванта передаётся не отдельному ядру, а всей кристаллической решётке, т. е. происходит испускание или поглощение фононов (или возбуждение молекул жидкости). В среднем один испущенный $γ$-квант передаёт кристаллу энергию, равную $R.$ Однако сам процесс взаимодействия $γ$-кванта с ядром приобретает вероятностный характер: наряду с испусканием или поглощением $γ$-квантов, сопровождающимся возбуждением (при $E < E_0$) или поглощением (при $E > E_0$) фононов, появляется вероятность бесфононных процессов (при $E = E_0$). Вероятность последнего процесса (эффект Мёссбауэра) становится довольно большой, когда энергия отдачи меньше средней энергии фононов, характерной для данного кристалла. Тогда отдача не изменяет внутреннюю энергию кристалла, а кинетическая энергия, которую приобретает кристалл в целом, пренебрежимо мала. В этом случае положение линий испускания в спектре будет точно соответствовать энергии перехода $E_0.$ Вероятность эффекта Мёссбауэра (и, соответственно, интенсивность несмещённой линии) тем больше, чем больше характерная энергия фононов (или температура Дебая), и растёт с понижением температуры.

Эффект Мёссбауэра позволяет проводить измерения спектров испускания, поглощения и резонансного рассеяния $γ$-квантов с рекордным разрешением $Γ = 10^{-5}–10^{-10}$ эВ для возбуждённых уровней ядер с $E_0 < 200$ кэВ и $τ = 10^{-5}–10^{-11}$ с. Чрезвычайно малая ширина несмещённой линии позволяет легко нарушить условие резонанса путём реализации небольших (порядка 1 мм/с) скоростей относительного движения источника и поглотителя, благодаря чему эффект Мёссбауэра довольно быстро превратился из лабораторного эксперимента в мощный метод исследования материалов. На начало 21 в. эффект Мёссбауэра наблюдался для более чем 100 нуклидов и 120 возбуждённых состояний ядер. Измерения мёссбауэровских спектров позволяют с высокой точностью детектировать сдвиги и расщепления спектральных линий, обусловленные взаимодействием ядра с внутренними электрическими и магнитными полями, обеспечивая получение информации о структуре, составе, химических связях, магнитных и термодинамических свойствах материала, содержащего резонансный нуклид. Благодаря этому эффект Мёссбауэра широко применяется в качестве метода исследования твёрдых тел и вязких жидкостей в различных областях науки и техники.