Vavilov-Cserenkov hatás

Vavilov-Cserenkov- effektus , Cserenkov-effektus , Vavilov-Cserenkov- sugárzás , Cserenkov-sugárzás  olyan izzás, amelyet átlátszó közegben a fény fázissebességét meghaladó sebességgel mozgó töltött részecske okoz ebben a közegben [1] .

1958- ban Pavel Cserenkov , Igor Tamm és Ilya Frank fizikai Nobel-díjat kapott a következő szöveggel: "A Cserenkov-effektus felfedezéséért és értelmezéséért".

A Cserenkov-sugárzást detektáló detektorokat széles körben használják a nagyenergiájú fizikában a relativisztikus részecskék kimutatására , valamint sebességük és mozgásirányuk meghatározására. Ha ismert a Cserenkov-sugárzást kibocsátó részecskék tömege, akkor a kinetikai energiájukat azonnal meghatározzuk.

Felfedezési előzmények

1934 -ben P. A. Cherenkov S. I. Vavilov laboratóriumában gamma-sugárzás hatására folyadékok lumineszcenciájának vizsgálatát végezte, és egy ismeretlen természetű gyenge kék sugárzást fedezett fel. Később kiderült, hogy ezt a fényt az elektronok okozzák, amelyek a fény fázissebességét meghaladó sebességgel mozognak a közegben. A gyors elektronok a gamma-sugárzás hatására kiütődnek a közeg atomjainak elektronhéjából.

Már az első Cserenkov-kísérletek, amelyeket S. I. Vavilov kezdeményezésére végeztek, a sugárzás számos megmagyarázhatatlan jellemzőjét tárták fel: minden átlátszó folyadékban izzás figyelhető meg, és a fényesség kevéssé függ azok kémiai összetételétől és kémiai természetétől, a sugárzás polarizálódik a sugárzással. Az elektromos vektor domináns iránya a részecske terjedési iránya mentén, míg a lumineszcenciával ellentétben sem hőmérséklet, sem szennyeződés kioltása nem figyelhető meg . Ezen adatok alapján Vavilov azt az alapvető kijelentést tette, hogy a felfedezett jelenség nem a lumineszcencia, hanem a folyadékban gyorsan mozgó elektronok bocsátják ki a fényt.

A jelenség elméleti magyarázatát IE Tamm és IM Frank adta meg 1937 -ben .

1958- ban Cserenkov, Tamm és Frank fizikai Nobel -díjat kapott "a Cserenkov-effektus felfedezéséért és értelmezéséért". Manne Sigban , a Svéd Királyi Tudományos Akadémia munkatársa a díjátadó ünnepségen elmondott beszédében megjegyezte, hogy „A ma Cserenkov-effektusként ismert jelenség felfedezése érdekes példa arra, hogy egy viszonylag egyszerű fizikai megfigyelés, ha jól végezzük, hogyan vezethet fontos felfedezésekhez és új utakat nyitni. további kutatásokhoz."

A sugárzás keletkezési mechanizmusa és terjedési iránya

A relativitáselmélet azt mondja: egyetlen anyagi test sem tud vákuumban a fénysebességet meghaladó sebességgel mozogni, beleértve a nagy energiájú, gyors elemi részecskéket sem .

De optikailag átlátszó közegben a gyorsan töltött részecskék sebessége nagyobb lehet, mint a fény fázissebessége ebben a közegben. Valójában a fény fázissebessége közegben egyenlő a vákuumban lévő fénysebesség osztva a közeg törésmutatójával : . Ebben az esetben például a víz törésmutatója 1,33, a különböző márkájú optikai üvegek törésmutatói pedig 1,43 és 2,1 között mozognak. Ennek megfelelően a fény fázissebessége ilyen közegben a vákuumban mért fénysebesség 50-75%-a. Ezért kiderül, hogy a relativisztikus részecskék, amelyek sebessége közel van a vákuumban lévő fény sebességéhez, ilyen közegben a fény fázissebességét meghaladó sebességgel mozognak.

A Cserenkov-sugárzás megjelenése hasonló egy Mach-kúp formájában megjelenő lökéshullám megjelenéséhez egy szuperszonikus sebességgel mozgó testből gázban vagy folyadékban, például egy lökéskúp alakú hullám a levegőben egy szuperszonikus repülőgéptől vagy egy golyó.

Ez a jelenség a Huygens-hullámokkal analógiával magyarázható , egy gyors részecske pályájának minden pontjából egy fényhullám gömbfrontja jön ki, amely fénysebességgel terjed a közegben ebben a közegben, és minden következő gömbhullámból a részecske útjának következő pontjából bocsát ki. Ha egy részecske gyorsabban mozog, mint a fény terjedési sebessége egy közegben, akkor megelőzi a fényhullámokat. A részecskén áthaladó pontból húzott, a gömb alakú hullámfrontokat érintő egyenesek körkúpot alkotnak - a Cserenkov-sugárzás hullámfrontját .

A kúp tetején lévő szög a részecske sebességétől és a közegben lévő fény sebességétől függ:

Így a Cserenkov sugárzási kúp nyitási szöge lehetővé teszi a részecske sebességének meghatározását. A nyitási szöget valamilyen optikai rendszerrel mérik , ezen az elven működnek a relativisztikus részecskék Cherenkov detektorai.

Érdekes következmények

• Téves az az elterjedt elképzelés, hogy az óceán nagy mélységeiben teljes sötétség van, mivel a felszínről érkező fény nem ér oda. Az óceánvízben található radioaktív izotópok, különösen a kálium-40 bomlása következtében a víz még nagy mélységben is halványan izzik a Vavilov-Cherenkov-effektus miatt [2] . Vannak olyan hipotézisek, amelyek szerint a mélytengeri lényeknek nagy szemekre van szükségük ahhoz, hogy ilyen gyenge fényviszonyok mellett is lássanak.
• A részecske által kibocsátott sugárzás kialakulásához a kinetikus energiáját felhasználják , illetve a sugárzás folyamatában a részecske sebessége csökken.

Lásd még

• Cserenkov detektor
• Mach kúp
• átmeneti sugárzás
• Aszkár hatás

Jegyzetek

1. ↑ "Cserenkov - Vavilov sugárzás". Frank I. M. // Fizikai enciklopédia / ch. szerk. Prohorov A. M. - M .: Nagy Orosz Enciklopédia , 1998. - T. 5. - S. 448−450. — 760 p. — ISBN 5-85270-101-7 .
2. ↑ A háttérvilágítás mérése nagy mélységben az  óceánban

Irodalom

• Vavilov S.I. Új típusú ragyogás // Pravda: újság. - 1945. - 54. szám (9822) (március 1.). - S. 2.

Szótárak és enciklopédiák	Nagy katalán nagy kínai Nagy norvég Nagy orosz Britannica (online) Universalis
Bibliográfiai katalógusokban	GND : 4147494-6 J9U : 987007285056905171 LCCN : sh85023069