Лъчение на Вавилов-Черенков

През 1934 г. П. А. Черенков, който тогава работи под ръководството на С. Н. Вавилова, изучавайки ефекта на електромагнитното излъчване върху материята, откриособен вид течно сияниепод действието на γ-лъчите на радия. Подобно излъчване на светлина е наблюдавано и под действието на други заредени частици, като електрони.

Характеристики на това излъчване:

първо,светенето имаше синкав цвяти се наблюдаваше във всички чисти прозрачни течности, а яркостта и цветът на светенето зависеха малко от химичния състав на течността;

второ,за разлика от луминесценцията, не се наблюдава нито температурно, нито примесно затихване на луминесценцията;

трето, излъчването имаполяризация и насоченостпо посока на движение на частицата.

Вавилов предположи, че наблюдаваното явление не е луминесценция,светлината се излъчва от бързи електрони, движещи се в течност. През 1937 г. I.E. Тамм и И.М. Франк обяснява механизма на светене и създава количествена теория, базирана на уравненията на класическата електродинамика. През 1940 г. V.L. Гинзбург създава квантова теория, която води до същите резултати.

Излъчването на Вавилов-Черенков е излъчването на електрически заредена частица, движеща се в среда със скорост, превишаваща скоростта на светлината в тази среда:

.

Според електромагнитната теория зарядът, който се движи равномерно, не излъчва електромагнитна вълна. Там и Франк обаче показаха, че това е вярно само за скорости на частиците, които не надвишават фазовата скорост на вълната в дадена среда. В процеса на излъчване на Вавилов–Черенков енергията и скоростта на излъчващата свободна частица намаляват, т.е.забавя.

Заредената частица предизвиква краткотрайна поляризация на материята в близост до точките, през които тя преминава по време на своето движение. Следователно молекулите на средата, лежащи по пътя на частицата, стават краткотрайникохерентни източници на елементарни електромагнитни вълни, които си взаимодействат.

Когато заредена частица се движи в изотропна среда със скорост, елементарните вълни ще бъдат сфери, разпространяващи се със скорост (фиг. 10.10).

Според принципа на Хюйгенс-Френел,в резултат на интерференция, елементарните вълни се компенсират взаимнонавсякъде, с изключение на общата им обвивка. И когато една частица се движи със скорост, няма обща обвивка от вълни: всички кръгове лежат един в друг. Следователнозаряд, движещ се равномерно по права линия със скоростне излъчва светлина.

Ако частицата се движи по-бързо от разпространението на вълните в средата (), тогава сферите, съответстващи на елементарни вълни, се пресичат и общата им обвивка (вълнова повърхност) е конус с връх в точка, съвпадаща с моментното положение на движещата се частица (фиг.10.11). В този случайв резултат на интерференция елементарните вълни се подсилват взаимно. Нормалите към образуващата на конуса определят вълновите вектори, т.е. посока на разпространение на светлината. Ъгълът , който сключва вълновия вектор с посоката на движение на частицата, удовлетворява връзката: .

В тези посоки вторичните вълни ще се усилват и ще образуват радиацията на Вавилов-Черенков. Светлината, която се появява на всеки малък участък от траекторията на частицата, се разпространява по образуващата на конуса, чиято ос съвпада с посоката на движение на свободен електрон, а ъгълът при върхае 2 (фиг. 10.12).

В течности и твърди вещества условието започва да се изпълнява за електрони при енергии , а за протони при .

Описаният ефект се използва в броячи на Черенков, предназначени за регистриране на заредени микрочастици (електрони, протони, мезони и др.). При тях светлинен проблясък, който възниква при движение на частица, се преобразува в електрически сигнал с помощта на фотоумножител, който се записва. В някои броячи на Черенков е възможно да се определи ъгълът, според условието, да се оцени скоростта на частицата и, знаейки масата, да се определи нейната енергия (което беше използвано от Е. Сегре при откриването на антипротона през 1955 г.).