Во время прохождения частицы сквозь определенную материальную среду со скоростью, которая превышает скорость света для данной среды, можно наблюдать характерное излучение, которое получило название излучение Черенкова (но правильнее называть его эффект Черенкова — Вавилова). Вот про этот феномен и пойдет речь в данном материале.
Излучение Черенкова и история его открытия
Так вот во время прохождения света, допустим, через стекло (или любой пропускающий свет материал) свет проходит через него существенно медленнее, чем проходит свет в вакууме.
Здесь можно провести аналогию с авиаперелетами. Так любой пассажир все равно тратит время на промежуточных посадках, если сравнивать с прямым рейсом.
Примерно то же самое происходит и со световыми лучами, оные затормаживаются, вступая во взаимодействие с атомами среды, и просто неспособны перемещаться столь же быстро, как в вакууме.
Так согласно теории относительности, ни одно материальное тело, в том числе и быстрые высокоэнергетические элементарные частицы, не способно двигаться со скоростью, соответствующей скорости распространения светового потока в безвоздушном пространстве.
Но к скорости перемещения в прозрачных средах это ограничение не имеет никакого отношения. Так, допустим, в стекле световые лучи распространяются со скоростью от 60% до 70% от скорости распространения светового потока в безвоздушном пространстве.
И получается, что нет препятствий для достаточно быстрой частицы (допустим, для протона или электрона) перемещаться быстрее скорости светового потока в такой среде.
Так в уже далеком 1934 году П. Черенков под руководством С.И. Вавилова люминесценции жидкостей, находящихся под воздействием гамма-излучения.
В ходе научных экспериментов было обнаружено слабое голубоватое свечение, которое на текущий момент называется Излучением Черенкова (но правильнее было бы его называть эффектом Черенкова — Вавилова).
Это излучение было спровоцировано так называемыми быстрыми электронами, которые выбивались из атомов материала гамма-излучением. Как удалось узнать позднее, такие электроны перемещались со скоростью, большей скорости света в рассматриваемой среде.
По сути, это своего рода оптическая разновидность ударной волны, которая провоцируется в атмосфере сверхзвуковым самолетом, оный преодолевает звуковой барьер.
Для понимания процесса можно вспомнить Принцип Гюйгенса, согласно которому буквально каждую точку на пути распространения волны можно принимать за источник вторичных волн.
Так вот согласно принципу Гюйгенса, представим, что волны расходятся вовне концентрическими кругами, при этом скорость распространения их равна скорости света. Кроме этого, каждая последующая волна исходит из последующей точки, находящейся на пути движения частицы.
А если при этом частица со скоростью, большей скорости света в среде, то она опережает волны, а пики амплитуды этих волн и являются ответственными за формирование волнового фронта излучения Черенкова.
При этом излучение распространяется конусом вокруг пути движения частицы, и этот угол напрямую зависит от изначальной скорости частицы и от скорости светового потока в рассматриваемой среде.
Где используется излучение Черенкова в современном мире
Этот наблюдаемый эффект является крайне полезным для физики элементарных частиц, так как узнав величину угла, физики могут достаточно легко определить скорость частицы, вызвавшей это излучение.
Примечание. За свое открытие в 1958 году Черенков вместе с И. Таммом, а также с И. Франком получили Нобелевскую премию по Физике. Так в 1937 году Тамм и Франк окончательно выяснили механизм образования свечения, а затем также сделали предположение о его наличии в твердых телах и газах.
Так сочетание с другими методами измерения дает возможность регистрировать элементарные частицы на лабораторных установках.
На текущий момент излучение Черенкова активно эксплуатируется в современных лабораторных детекторах.
Кроме этого, излучение Черенкова можно наблюдать даже невооруженным глазом на малых реакторах, оные зачастую монтируются на дне бассейна для гарантирования радиационной защиты. При этом сердечник реактора окружается голубым свечением, которое и является излучением Черенкова.
Если вам понравился материал, то поделитесь им в ваших любимых социальных сетях и оцените его. Спасибо за внимание!
