Efectul Vavilov-Cherenkov

Efectul Vavilov-Cherenkov , efectul Cherenkov , radiația Vavilov-Cherenkov , radiația Cherenkov  este o strălucire produsă într-un mediu transparent de o particulă încărcată care se mișcă cu o viteză care depășește viteza de fază a luminii în acest mediu [1] .

În 1958, Pavel Cherenkov , Igor Tamm și Ilya Frank au primit Premiul Nobel pentru Fizică cu formularea: „Pentru descoperirea și interpretarea efectului Cherenkov”.

Detectoarele care detectează radiația Cherenkov sunt utilizate pe scară largă în fizica energiei înalte pentru a detecta particule relativiste și pentru a determina vitezele și direcțiile de mișcare ale acestora. Dacă se cunoaște masa particulelor care generează radiația Cherenkov, atunci energia lor cinetică este determinată imediat.

Istoricul descoperirilor

În 1934, P. A. Cherenkov , efectuând studii asupra luminiscenței lichidelor sub influența radiației gamma în laboratorul lui S. I. Vavilov , a descoperit o radiație albastră slabă de natură necunoscută. Mai târziu s-a constatat că această strălucire este cauzată de electronii care se deplasează cu viteze care depășesc viteza de fază a luminii în mediu. Electronii rapizi sunt scoși din învelișurile de electroni ale atomilor mediului de radiația gamma.

Deja primele experimente Cherenkov, întreprinse la inițiativa lui S. I. Vavilov, au scos la iveală o serie de caracteristici inexplicabile ale radiației: strălucirea este observată în toate lichidele transparente, iar luminozitatea depinde puțin de compoziția lor chimică și natura chimică, radiația este polarizată cu direcția predominantă a vectorului electric de-a lungul direcției de propagare a particulelor, în timp ce, spre deosebire de luminiscență , nu se observă nici temperatură, nici stingerea impurităților . Pe baza acestor date, Vavilov a făcut afirmația fundamentală că fenomenul descoperit nu este luminiscența, ci lumina este emisă de electronii care se mișcă rapid într-un lichid.

Explicația teoretică a fenomenului a fost dată de IE Tamm și IM Frank în 1937 .

În 1958 , Cherenkov, Tamm și Frank au primit Premiul Nobel pentru Fizică „pentru descoperirea și interpretarea efectului Cherenkov”. Manne Sigban de la Academia Regală Suedeză de Științe , în discursul său la ceremonia de premiere, a remarcat că „Descoperirea fenomenului cunoscut acum sub numele de efectul Cherenkov este un exemplu interesant al modului în care o observație fizică relativ simplă, dacă este făcută corect, poate conduce pentru descoperiri importante și pentru a deschide noi căi. pentru cercetări ulterioare."

Mecanismul de origine și direcția de propagare a radiației

Teoria relativității spune: niciun corp material, inclusiv particulele elementare rapide cu energii mari, nu se poate mișca cu o viteză care depășește viteza luminii în vid.

Dar în mediile optic transparente, viteza particulelor încărcate rapid poate fi mai mare decât viteza de fază a luminii în acest mediu. Într-adevăr, viteza de fază a luminii într-un mediu este egală cu viteza luminii în vid împărțită la indicele de refracție al mediului : . În acest caz, apa, de exemplu, are un indice de refracție de 1,33, iar indicii de refracție ai diferitelor mărci de ochelari optici variază de la 1,43 la 2,1. În consecință, viteza de fază a luminii în astfel de medii este de 50-75% din viteza luminii în vid. Prin urmare, se dovedește că particulele relativiste, a căror viteză este apropiată de viteza luminii în vid, se mișcă în astfel de medii cu o viteză care depășește viteza de fază a luminii.

Aspectul radiației Cherenkov este similar cu apariția unei unde de șoc sub forma unui con Mach dintr-un corp care se mișcă cu viteză supersonică într-un gaz sau lichid, de exemplu, o undă de șoc în formă de con în aer dintr -un avion supersonic sau un glont.

Acest fenomen poate fi explicat prin analogie cu undele Huygens , din fiecare punct de-a lungul traiectoriei unei particule rapide, iese un front sferic al unei unde luminoase, care se propagă printr-un mediu la viteza luminii în acest mediu și fiecare undă sferică următoare. este emis din următorul punct de-a lungul traseului particulei. Dacă o particulă se mișcă mai repede decât viteza de propagare a luminii într-un mediu, atunci ea depășește undele luminoase. Setul de linii drepte tangente la fronturile de undă sferică, trasate dintr-un punct care trece prin particulă, formează un con circular - frontul de undă al radiației Cherenkov.

Unghiul din partea superioară a conului depinde de viteza particulei și de viteza luminii în mediu:

unde:  - jumătate din unghiul din vârful conului;  este viteza luminii în vid;  este viteza particulei.  este indicele de refracție.

Astfel, unghiul de deschidere al conului de radiație Cherenkov face posibilă determinarea vitezei particulei. Unghiul de deschidere este măsurat folosind un fel de sistem optic , detectoarele Cherenkov de particule relativiste funcționează pe acest principiu.

Implicații interesante

Vezi și

Note

  1. ↑ „Radiția Cherenkov - Vavilov”. Frank I. M. // Enciclopedie fizică / cap. ed. Prohorov A.M. - M .: Marea Enciclopedie Rusă , 1998. - T. 5. - S. 448−450. — 760 p. — ISBN 5-85270-101-7 .
  2. ↑ Măsurarea strălucirii de fundal la adâncimi mari în  ocean

Literatură

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice