Эффект вавилова черенкова кратко

Обновлено: 07.07.2024

В 1934 году П. А. Черенков, тогда еще аспирант, проводил исследования свечения солей урана под действие гамма излучения. И он понял, что их свечение нельзя было объяснить старыми моделями флюоресценции
( это свечение вещества вызванное переходом электрона между возбужденными состояниями в атоме ).

Дальнейшие исследования показали, что это свечение вызвано заряженными частицами , скорее всего электронами. Но откуда электроны в гамма излучении? Что бы узнать это, читайте статью , которую я написал ранее! Ответ находится в разделе взаимодействия гамма излучения с веществом. Так же Черенков вместе со своим руководителем - Вавиловым С. И., обнаружили, что природа этого излучения не радиационная . Кроме того было выяснено, что излучение происходит под определенным углом.

Объяснение дали И. Е. Тамм и И. М. Франк, и это явление получило название: " излучение Вавилова-Черенкова ".

Необходимым условием возникновения этого излучения является то, чтобы скорость движения частицы в веществе, превышала скорость света в этом же веществе. Излучение Вавилова - Черенкова имеет аналоги в других процессах. Например образование V-образной волны от корабля, движущегося с высокой скоростью. Или коническая волна от сверхзвукового самолета. Все эти случаи объединяет одно: тела движутся в веществе быстрее, чем волна распространяется в этом же веществе.

Физика происходящего

Все вещества состоят из атомов. Под действием электрического поля пролетающей частицы конфигурации оболочек внешних слабосвязанных электронов в окрестных атомах изменяются; они становятся вытянутыми в сторону частицы или от неё в зависимости от заряда частицы. В результате, электрический баланс в атомах нарушается, и они превращаются в электрические диполи . После того, как частица пролетит данную область, атомы переходят из дипольной конфигурации в основное состояние, что сопровождается испусканием электромагнитного излучения. Обратите внимание, что источником излучения является не частица, а возбуждённая её электрическим зарядом среда!

Рассмотрим случай а) . Частица движется с относительно небольшой скоростью, тогда возникающая поляризация атомов оказывается сферически симметричной в каждый момент времени, из-за того, что электрическое поле частицы успевает поляризовать в одинаковой степени все окрестные атомы. Как следствие, суммарное поле всех диполей на большом расстоянии будет равно нулю , так как их излучения погасят друг друга.

А теперь б) . Частица в веществе движется с достаточно большой скоростью, поэтому поляризация окажется запаздывающей, а диполи будут выстраиваться в сторону движения частицы. В этом случае суммарное поле диполей на больших расстояниях окажется ненулевым , а электромагнитное излучение не скомпенсированным.

Наблюдение

Наблюдать такое излучение можно только в прозрачных средах ! На самом деле, вы можете наблюдать его и в повседневной жизни. Ведь нашу атмосферу постоянно пронзают высокоэнергетические заряженные частицы, называемые космическими лучами . Но оно будет низкой интенсивности. Для этого вам нужно просидеть в темном помещении некоторое время, чтобы ваши глаза привыкли к темноте , после чего попытаться разглядеть небольшое свечение.

Но наиболее ярким оно будет в области с большим потоком быстрых заряженных частиц. И такие условия выполняются в активных зонах реакторов . Там это явление особенно красиво.

Я попытался объяснить это явление максимально просто и без сложных формул) Не забудьте оценить труды, затраченные для написание этой статьи! Подписывайтесь на канал, тут вас ждем много интересного!

Эффект Вавилова-Черенкова или черенковское излучение (сокр. ЧИ или черенковское изл.) называется оптическое излучение атмосферы или жидкой среды, которое вызвано прохождением элементарных частиц космических лучей.

История открытия

В 1934 году 30-летний советский аспирант Павел Алексеевич Черенков выполнял в лаборатории Сергея Ивановича Вавилова серию практических экспериментов по изучению нетеплового излучения прозрачных жидкостей под действием гамма-излучения. Исследуемое излучение обладало слабым синеватым оттенком. Первоначально считалось, что подобное излучение является люминесценцией. Как известно люминесценция представляет собой излучение, вызванное переходом электронных оболочек атомов из одного энергетического состояния (орбиты) в другое энергетическое состояние (орбиту). Однако детальное изучение П. А. Черенковым излучения жидкостей с синеватым оттенком показало, что оно представляет собой потоки электронов, движущихся 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.

Первоначально обнаружение нового излучения было воспринято научным сообществом с большим скепсисом. Так проводилась аналогия с ошибочной интерпретацией так называемых N-лучей. В связи с этим редакторы наиболее авторитетного научного журнала Nature отказались опубликовать научную статью об открытом явлении.

Павел Черенков, 1958 год

Первую теоретическую интерпретацию обнаруженного излучения дал С. И. Вавилов. Он полагал, что излучение вызвано движением электронов в среде в отличие от обычного теплового излучения, которое вызвано движением атомов. При этом Вавилов опирался на классическую термодинамику, один из постулатов которой звучал о том, что любая заряженная частица, которая движется с ускорением, является источником излучения. Гипотезу С. И. Вавилова пришлось отбросить, так как она не объясняла слабой зависимости интенсивности черенковского излучения от порядкового номера химических элементов среды в Периодической таблице имени Менделеева. В 1937 году советские физики Игорь Евгеньевич Тамм и Илья Иванович Франк опубликовали ряд теоретических работ с подробным обоснованием механизма излучения, которое сегодня принято в научном мире за истину. В их работе черенковское излучение объяснялось равномерным и прямолинейным движением заряженных частиц со скоростями, которые превышают скорость света в среде. В связи с этим возникает парадокс, что скорость черенковского излучения может превышать скорость света в вакууме. Этот парадокс объясняется многочисленными преломлениями света в среде.

Открытие нового излучения стало важным открытием, которое получило высшую награду по физике в 1958 году. Нобелевскую премию разделили три советских физика, причастных к открытию: П. А. Черенков, И. Е. Тамм и И. И. Франк.

Интересно отметить, что многие физики регистрировали черенковское излучение задолго до первых наблюдений П. А. Черенкова. Это не является удивительным, так как черенковское излучение было обнаружено через 40 лет после открытия явления радиоактивности и процессов радиоактивного распада химических элементов. Вероятно, первой наблюдала черенковское излучение Мария Кюри. В своих исследованиях она отметила слабое свечение синего цвета, которое наблюдалось в концентрированных растворах с радием. Другой исследователь, французский физик Малле, в 1926 году даже отметил некоторые отличия свечения жидкостей рядом с радиоактивными веществами от явления люминесценции. Однако на его работы современники не обратили должного внимания. В этом плане заслуга П. А. Черенкова состояла в его упорстве и терпеливости в направлении подтверждения и подробного изучения открытого явления.

Механизм, геометрия черенковского излучения и интересные следствия

Геометрически черенковское излучение во многом напоминает конус ударной волны, которая распространяется при сверхзвуковом движении самолета или пули. Подобный конус называется конусом Маха.

Генерация черенковского излучения; а — форма возбуждающего импульса, б — профиль возбуждающего пучка, в — черенковский импульс.

Кроме того, можно отметить интересную особенность: при образовании черенковского излучения наблюдается уменьшение скорости и кинетической энергии частиц.

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.

Применение

Черенковское излучения оказалось крайне полезным для использования в исследовательских детекторах. Так как подобное излучение не зависит от химического состава среды (жидкостей или атмосферы), то его регистрация позволяет определять энергию, скорость и направление элементарных частиц космических лучей. В результате этого детекторы черенковского излучения активно используются для мониторинга состояния охлаждающих контуров ядерных реакторов.

Схема работы черенковского гамма-телескопа

Позже явление черенковского излучения стало активно использоваться и 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. Кроме того, наземные детекторы могут регистрировать наиболее коротковолновое гамма-излучение, для прямой регистрации которого космические гамма-обсерватории бессильны. Последний момент связан с относительной редкостью фотонов наиболее высокоэнергетического диапазона гамма-излучения, в связи с этим существует небольшая вероятность их детектирования с помощью космических гамма-обсерваторий небольших габаритов. В тоже время диаметр конуса черенковского излучения атмосферных ливней от отдельных элементарных частиц космических лучей на поверхности Земли достигает многие километры или даже сотни километров в случае частиц сверхвысоких энергией.

Сравнение наземных и космических гамма-телескопов

Первые наземные гамма-установки были созданы в 60х годах 20 века. К настоящему времени полезная светособирающая площадь подобных установок приближается к нескольким квадратным километрам. Наиболее крупными такими установками в ближайшем будущем будет “Черенковский массив телескопов” (CTA), который разместят в Чили и на Канарских островах, а также установка TAIGA в Забайкалье. К настоящему времени с помощью наземных гамма-установок удалось зарегистрировать более 200 источников. Большинство из них связанны с остатками сверхновых (нейтронные звезды) и ядрами активных галактик (квазары и блазары).

Рост чувствительности наземных гамма-телескопов

Рост чувствительности наземных гамма-телескопов (от детектора MAGIC до CTA). Первый детектор был построен после 2004 года, сооружение второго детектора начнется после 2019 года. Для сравнения показан диапазон чувствительности космической гамма-обсерватории FERMI.

По причине большей редкости фотонов гамма-излучения сверхвысоких энергий число каталогизированных гамма-источников с помощью черенковских детекторов на порядок ниже по сравнению с космическими обсерваториями. Так, к настоящему времени, крупнейшая космическая гамма-обсерватория зарегистрировала около 4 тысяч гамма-источников.

Другим практическим применением возможности регистрации черенковского излучения стало создание детекторов солнечных и астрофизических нейтрино. Как известно, нейтрино является одной из самых трудноуловимых элементарных частиц в природе. Хотя эта частица обладает ненулевой массой, точно “взвесить” её так до сих пор и не удалось. Для регистрации космических нейтрино астрономам и физикам приходится сооружать гигантские детекторы, с полезным объемом, достигающим один кубический километр и более. Первые детекторы нейтрино регистрировали черенковское излучение в огромных резервуарах с различными жидкостями, преимущественно жидкой водой. В тоже время впервые солнечные нейтрино удалось зарегистрировать в резервуаре с перхлорэтиленом C2Cl4. При этом использовался подсчет атомов инертного химического элемента аргон, который образовывался в реакциях нейтрино с хлором. Позже для увеличения статистики регистрации нейтрино началось размещение детекторов в крупных озерах (Байкал – проект GVD) или морях (проекты ANTARES и KM3NeT рядом со средиземноморским побережьем Франции). Другим перспективным направлением стало размещение детекторов черенковского излучения в многокилометровой толще льда Антарктиды (проекты AMANDA и IceCube).

Наблюдаемый поток солнечных нейтрино оказался значительно меньше теоретических предсказаний. Долгое время дефицит солнечных нейтрино оставался одной из самых больших загадок ядерной физики, пока в 1998 году на крупнейшем из черенковских водных детекторов — SuperKamiokande (Япония) с рабочим объемом очищенной воды в 22,5 тысяч кубических метров не было обнаружено явление осциляции нейтрино (превращение одних видов нейтрино в другие). Это явление позволило объяснить недостаток регистрируемых нейтрино от Солнца. За открытие нейтринных осцилляций в 2015 году была присуждена Нобелевская премия по физике.

В будущем ожидается регистрация реликтовых (космологических) нейтрино, которая позволит изучить эволюцию Вселенной в первые секунды после Большого взрыва.

Природные потоки нейтрино на уровне Земли и способы их измерения. v — нейтрино, v с верхним подчеркиванием — антинейтрино, АЯГ — активные ядра галактик, ГЗК — область предельных энергий космических лучей согласно эффекту Грейзена-Зацепина-Кузьмина. Из статьи “Черенковские детекторы в нейтринной астрофизике высоких энергий” Ж. -А. М. Джилкибаев.

В будущем ожидается дальнейшее увеличение полезного объема нейтринных детекторов – до 10 кубических километров для антарктического детектора IceCube и средиземноморского детектора KM3Net. Так утверждается, что модернизация IceCube пройдет без серьезных финансовых вложений: прозрачность льда в районе детектора оказалась выше ожидаемой. В связи с этим детекторы черенковского излучения можно расставить с шагом в 300 метров против нынешних 125 метров. Увеличение полезного объема нейтринных детекторов позволит регистрировать более редкие нейтрино со сверхвысокими энергиями (в несколько ПэВ – 10 в 12 эВ).

Необходимость строить всё более крупные черенковские детекторы для регистрации частиц сверхвысоких энергий связана с их большой редкостью. Подобная редкость частично объясняется т.н. пределом Грайзена — Зацепина — Кузьмина, который постулирует взаимодействие протонов космических лучей с энергиями выше 5х1019 эВ с фотонами. Считается, что подобный предел должен приводить к дефициту элементарных частиц сверхвысоких энергии от источников, которые находятся дальше 50 миллионов парсек. Для нейтрино предел Грайзена-Зацепина-Кузьмина менее актуален по причине их нейтрального заряда и очень небольшой массы.

Видео запуска ядерного реактора. Во время запуска реактора появляется излучение синеватого цвета – это и есть черенковское излучение.

Когда некие частицы, например, космические частицы, двигаются быстрее скорости света в некоторой среде, появляется излучение Вавилова-Черенкова.

Что такое излучение Вавилова-Черенкова?

Превысить скорость света в вакууме невозможно. Но когда элементарная частица находится в плотной среде, то может превысить это ограничение. Так, частица, разогнанная в вакууме, может влететь в воду со скоростью, например, 299 799 километров в секунду: так как законы физики запрещают мгновенное изменение скорости, частица, находясь в среде, пролетает какое-то расстояние быстрее местного ограничения. Во время полета частица тормозит теряя энергию, которой нужно куда-то деваться.

Как пишет Tass в статье, посвященной Нобелевской премии по физике 1958 года, при торможении машины кинетическая энергия переходит в нагрев тормозов, а сверхсветовые частицы отдают избыток в виде квантов излучения, то есть света. Одна из особенностей черенковского излучения заключается в том, что оно в основном находится в непрерывном ультрафиолетовом спектре, а не в ярко-синем.

Интересно, что черенковское излучение аналогично эффекту звукового удара. Например, если самолет в воздухе движется медленнее скорости звука, то отклонение воздуха вокруг крыльев самолета происходит плавно. Однако если скорость движения превышает среднюю скорость звука, то происходит внезапное изменение давления и ударные волны распространяются от самолета в конусе со скоростью звука.

Вы наверняка замечали, что ядерный реактор Тони Старка сияет голубым светом.

То, как именно появляется излучение, детально проверяли Вавилов, Черенков, Тамм и Франк. Так как в 1951 году Вавилова не стало, трое физиков получили Нобелевскую премию семь лет спустя. Благодаря их работе, сегодня можно наблюдать излучение Вавилова-Черенкова практически где угодно. При. условии, конечно, что вы знаете, куда смотреть.

Хотите быть в курсе последних новостей из мира популярной науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!

Жуткий синий свет

Когда черенковское излучение проходит через воду, заряженные частицы движутся быстрее света через эту среду. Таким образом, свет, который вы видите, имеет более высокую частоту (или более короткую длину волны), чем обычная длина волны. Поскольку в черенковском излучении преобладает свет с короткой длиной волны, свечение кажется синим. Это происходит потому, что быстро движущаяся заряженная частица возбуждает электроны молекул воды, которые поглощают энергию и высвобождают ее в виде фотонов света, возвращаясь к равновесию. Обычно некоторые из этих фотонов нейтрализуют друг друга (разрушительная интерференция), так что свечения не видно. Но когда частица движется быстрее, чем свет может пройти через воду, ударная волна создает конструктивную интерференцию, которую мы и видим как свечение.

К счастью, излучение Вавилова-Черенкова можно использовать не только для того, чтобы вода в ядерной лаборатории светилась синим. Так, в реакторе бассейнового типа количество синего свечения может быть использовано для измерения радиоактивности отработавших топливных стержней. Излучение используется в экспериментах по физике элементарных частиц – физики надеются, что оно поможет им определить природу исследуемых частиц.

Более того, черенковское излучение возникает, когда космические лучи и заряженные частицы взаимодействуют с атмосферой Земли, поэтому для измерения этих явлений, обнаружения нейтрино и изучения излучающих гамма-лучи астрономических объектов, например остатки сверхновых, используются детекторы.

О том, за что вручили Нобелевскую премию по физике в 2020 году и почему ученые считают, что до Большого взрыва существовали другие вселенные, я рассказывала в этой статье.

Интересно, что если релятивистские заряженные частицы ударяют в стекловидное тело человеческого глаза, то можно увидеть вспышки черенковского излучения, например, от воздействия космических лучей или в результате ядерной аварии, так что лучше, пожалуй, воздержаться от этого яркого зрелища.

Сегодня исполняется 130 лет со дня рождения выдающегося ученого Сергея Ивановича Вавилова . С его именем связано становление советской физики, а также открытие, которое удостоилось Нобелевской премии.

В сентябре 1932 года Сергей Иванович Вавилов был назначен научным руководителем Государственного оптического института (ГОИ), в связи с чем переехал в Ленинград. В северной столице он также возглавил физический отдел Физико-математического института Академии наук СССР.

По воспоминаниям сотрудников института с приходом Сергея Ивановича научная жизнь в физическом отделе заметно оживилась. Эти изменения коснулись прежде всего аспирантов. К примеру, был организован ряд лекционных курсов по математике и физике, чтобы восполнить пробелы в фундаментальных знаниях. Кроме того, у всех аспирантов появились научные руководители. Троих молодых ученых – Николая Добротина, Павла Черенкова и Антона Севченко – Вавилов взял под свое научное руководство. Впоследствии все трое стали известными физиками, а один – лауреатом Нобелевской премии.

Своим аспирантам Сергей Иванович предложил темы для исследования, связанные с физикой атомного ядра. Стоит отметить, что решение – очень смелое для того времени. Всего годом ранее был открыт нейтрон, а строение атомного ядра еще только обсуждалось. Немногие ученые способны были предвидеть большое будущее ядерной физики, в их числе был Сергей Иванович Вавилов. Так своим ученикам он предложил на выбор три темы: люминесценция растворов ураниловых солей под действием гамма-излучения радия; исследование свойств нейтронов; изучение изотопических эффектов. Аспирант Павел Черенков решил изучать свечение ураниловых солей, или по-научному люминесценцию.

В учение о люминесценции Сергей Вавилов внес огромный вклад. Это ему, в частности, принадлежит определение люминесценции через время высвечивания. Вавиловым были разработаны и экспериментальные методы, позволяющие определить основные характеристики люминесцирующих веществ. К исследованиям своего аспиранта Черенкова, ученый подошел с большим вниманием и энтузиазмом. Принимал участие в измерениях, познакомил аспиранта с собственным методом фотометрии по порогу зрения.

Вавилов С.И. с сотрудниками Государственного Оптического института за работой в лабораториях, 1934 г. Фото: Архив РАН

Какое же загадочное излучение увидел Черенков во время своих экспериментов? Свечение различных жидкостей под действием гамма-лучей наблюдалось и ранее. Вероятно, первой увидела такое излучение Мария Кюри. В ее работах упоминается слабое синее свечение в растворах с радием. Другой исследователь, Малле, в 1926 году также заметил особое свечение жидкостей рядом с радиоактивными веществами. Однако французский физик принял наблюдаемое им свечение за люминесценцию и никаких дальнейших исследований не провел. Нужно отдать должное упорству Павла Черенкова, с которым он подошел к изучению обнаруженного явления. Помогли опыт и знания Сергея Вавилова, в частности, понять, что обнаруженное свечение – не люминесценция, а что-то иной природы.

Согласно его предположению, излучение вызвано движением электронов в среде в отличие от обычного теплового излучения, которое вызвано движением атомов. Сам Вавилов, хотя и высказал такое предположение, не считал его окончательным. Он был в поиске – продолжал активные обсуждения с коллегами, планировал дальнейшие эксперименты для объяснения природы излучения.

Павел Черенков, Илья Франк, Игорь Тамм

Первыми найти верное обоснование удалось советским физикам Игорю Евгеньевичу Тамму и Илье Ивановичу Франку. В 1937 году они опубликовали ряд теоретических работ, где черенковское излучение объяснялось равномерным и прямолинейным движением заряженных частиц среды со скоростями, которые превышают скорость света в данной среде. К примеру, скорость света в воде на четверть меньше, чем в вакууме. Поэтому электрон высокой энергии обгонит свет в воде, и при этом не превысит скорости света в вакууме. Если такая частица идет через воду, она создает электромагнитную взрывную волну, которая переносит в себе энергию на разных длинах волн электромагнитного излучения, включая и видимый свет. На фиолетовом конце радуги энергии создается больше, чем на красном, поэтому свет нам кажется голубым. Уже значительно позднее, в середине 1950-х годов, этот эффект советским физикам удалось запечатлеть на цветном фото.

Черенков (третий справа), Франк (второй справа) и Тамм (третий слева) на вручении Нобелевской премии в 1958 году

Освещая путь науки: от глубин океана до космической бездны

Позже для лучшей охоты на нейтрино детекторы стали размещать в озерах. К примеру, самый крупный в Северном полушарии глубоководный нейтринный телескоп находится на Байкале. Это Baikal-GVD , строительство которого стартовало в 1990 году. Последняя версия телескопа была запущена совсем недавно. Кстати, в проекте его создания приняла участие Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК) Ростеха.

Baikal-GVD отводится важная роль в формировании мировой нейтринной сети – он присоединился к детектору IceCube, ловящим нейтрино на Южном полюсе, а также к проектам ANTARES и KM3NeT в Средиземном море. Ученые в ожидании новых сенсационных открытий – регистрации реликтовых нейтрино, которые расскажут о первых секундах нашей Вселенной после Большого взрыва и ее дальнейшей эволюции.

Фото: BAIKAL-GVD

Эффект Вавилова — Черенко́ва (излучение Вавилова — Черенкова) — свечение, вызываемое в прозрачной среде заряженной частицей, которая движется со скоростью, превышающей фазовую скорость распространения света в этой среде. Черенковское излучение широко используется в физике высоких энергий для регистрации релятивистских частиц и определения их скоростей.

Содержание

История открытия

В 1934 году Павел Черенков проводил в лаборатории Сергея Вавилова исследования люминесценции жидкостей под воздействием гамма-излучения и обнаружил слабое голубое свечение, вызванное быстрыми электронами, выбитыми из атомов среды гамма-излучением. Позже выяснилось, что эти электроны двигались со скоростью выше скорости света в среде.

Уже первые эксперименты Черенкова, предпринятые по инициативе С. И. Вавилова, выявили ряд характерных особенностей излучения: свечение наблюдается у всех чистых прозрачных жидкостей, причем яркость мало зависит от их химического состава, излучение имеет поляризацию с преимущественной ориентацией электрического вектора вдоль направления первичного пучка, при этом в отличие от люминесценции не наблюдается ни температурного, ни примесного тушения. На основании этих данных Вавиловым было сделано основополагающее утверждение, что обнаруженное явление — не люминесценция жидкости, а свет излучают движущиеся в ней быстрые электроны.

Теоретическое объяснение явления было дано И. Таммом и И. Франком в 1937 году.

Механизм и геометрия излучения

Теория относительности гласит: ни одно материальное тело, включая быстрые элементарные частицы высоких энергий, не может двигаться со скоростью, равной скорости света в вакууме. Но к скорости движения в прозрачных средах это ограничение не относится. В стекле или в воде, например, свет распространяется со скоростью, составляющей 60-70% от скорости света в вакууме, и ничто не мешает быстрой частице (например, протону или электрону) двигаться быстрее света в такой среде.

В 1934 году Павел Черенков проводил исследования люминесценции жидкостей под воздействием гамма-излучения и обнаружил слабое голубое свечение (которое теперь названо его именем), вызванное быстрыми электронами, выбитыми из атомов среды гамма-излучением. Чуть позже выяснилось, что эти электроны двигались со скоростью выше скорости света в среде. Это был как бы оптический эквивалент ударной волны, которую вызывает в атмосфере сверхзвуковой самолет, преодолевая звуковой барьер. Представить это явление можно по аналогии с волнами Гюйгенса, расходящимися вовне концентрическими кругами со скоростью света, причем каждая новая волна испускается из следующей точки на пути движения частицы. Если частица летит быстрее скорости распространения света в среде, она обгоняет волны. Пики амплитуды этих волн и образуют волновой фронт излучения Черенкова.

Излучение расходится конусом вокруг траектории движения частицы. Угол при вершине конуса зависит от скорости частицы и от скорости света в среде. Это как раз и делает излучение Черенкова столь полезным с точки зрения физики элементарных частиц, поскольку, определив угол при вершине конуса, можно рассчитать по нему скорость частицы.

Применение

Несмотря на чрезвычайную слабость свечения, приемники света достаточно чувствительны, чтобы зарегистрировать излучение, порожденное единственной заряженной частицей. Созданы приборы, которые позволяют по излучению Вавилова-Черенкова определить заряд, скорость и направление движения частицы, ее полную энергию. Практически важно применение этого излучения для контроля работы ядерных реакторов.

Читайте также: