Все мы с малых лет слышали и слышим фразу, что скорость света это предельная скорость доступная во Вселенной, что мы никак не можем превысить эту скорость.
Скорость света в вакууме равна 299 792 458 м/с
Действительно, скорость света никак превысить нельзя. Но тут есть одно "но". Альберт Эйнштейн выдвинул строгую формулировку: "Ничто не может двигаться быстрее скорости света в вакууме". Замечаете небольшое отличие между тем что говорил Эйнштейн, и тем что мы с детства слышим? Правильно, Эйнштейн говорил про скорость света в вакууме. Именно скорость света в вакууме мы никак не можем превысить, но а как на счёт других сред. Скорость света в любой среде будет меньше скорости в вакууме. Всё это потому что фазовая скорость света в среде равна скорости света в вакууме поделенная на показатель преломления среды. В той же самой воде скорость света равна 225 407 000 м/с, потому что показатель преломления воды равен 1,33.
Впервые эффект превышения фазовой скорости света был замечен в 1934 году. 30-летний советский аспирант Павел Алексеевич Черенков выполнял практические эксперименты по излучению нетеплового излучения прозрачных жидкостях под воздействием гамма-излучения. Исследуемое излучение обладало слабым синеватым оттенком. Изначально считалось что это излучение является своего рода люминесценцией.
Люминесценция - это излучение, вызванное переходом электронных оболочек из одного энергетического состояния в другое.
Однако детальное изучение этого "синеватого" излучения показало, что оно представляет собой потоки электронов, движущимися со скоростями, превышающими фазовую скорость света в воздухе. Фактически высокоэнергетические фотоны гамма-излучения выбивали электроны из электронных оболочек атомов молекул воздуха и отправляли их свободное плавание. Этот факт удалось выяснить на основе множества отличий от люминесценции:
- Излучение наблюдалось у всех прозрачных жидкостей;
- Излучение не изменялось при изменении химического состава прозрачных жидкостей;
- У излучения наблюдалась поляризация, в направлении вектора распространения частиц;
- У излучения не наблюдалось ни одного из видов тушения. Тушением называется свойство люминесценции уменьшать интенсивность излучения под действием изменений температуры или различных колебательных движений.
Геометрически черенковское излучение во многом напоминает конус ударной волны, которая распространяется при сверхзвуковом движении самолета или пули. Подобный конус называется конусом Маха.
Черенковское излучение является причиной, по которой на многокилометровой глубине океанского дна не бывает абсолютной темноты. Появление потоков электронов в толще океанской воды связано с распадом радиоактивных химических элементов, в частности калия-40. Предполагается, что большие глаза глубоководных организмов вызваны необходимостью улавливания подобного тусклого излучения.
У излучения Вавилова-Черенкова есть и практическое применение. Оно оказалось очень полезным для использования в исследовательских детекторах. Все потому что оно не зависит от химического состава среды, то его регистрация позволяет определить энергию, скорость и направление элементарных частиц космических лучей. Детекторы черенковского излучения активно используются для мониторинга состояния охлаждающих контуров ядерных реакторов. Немного позже это излучение стало активно использоваться в астрономии. Дело в том, что оно позволяет активно изучать гамма-излучение от различных астрономических объектов. Это важно в связи с тем, что земная атмосфера полностью блокирует не только гамма-излучение, но и электромагнитное излучение более мягких диапазонов: рентгеновского и ультрафиолетового. В результате этого регистрация черенковского излучения является единственным вариантом развития наземной гамма-астрономии без выноса детекторов в космос.
