Was ist Cherenkov-Strahlung?
Beim Durchgang eines Teilchens durch ein bestimmtes materielles Medium mit einer Geschwindigkeit, die die Lichtgeschwindigkeit für ein bestimmtes Medium überschreitet, kann man charakteristische Strahlung beobachten, die den Namen Cherenkov-Strahlung erhalten hat (richtiger ist es jedoch, sie als Cherenkov-Effekt zu bezeichnen - Wawilow). Dieses Phänomen wird in diesem Material diskutiert.
Cherenkov-Strahlung und die Geschichte ihrer Entdeckung
Beim Durchgang von Licht, zum Beispiel durch Glas (oder jedes andere Material, das Licht durchlässt), passiert Licht es viel langsamer als Licht im Vakuum.
Hier kann man eine Analogie zum Flugverkehr ziehen. So verbringt jeder Passagier im Vergleich zu einem Direktflug immer noch Zeit auf Zwischenlandungen.
Ungefähr dasselbe passiert mit Lichtstrahlen, sie werden abgebremst, interagieren mit den Atomen des Mediums und können sich einfach nicht so schnell bewegen wie im Vakuum.
Also, nach der Relativitätstheorie, kein einziger materieller Körper, einschließlich der schnellen hochenergetischen Elementarkörper Teilchen, die sich nicht mit einer Geschwindigkeit bewegen können, die der Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Lichtstroms in einem Airless entspricht Platz.
Diese Einschränkung hat jedoch nichts mit der Bewegungsgeschwindigkeit in transparenten Umgebungen zu tun. So breiten sich beispielsweise in Glas Lichtstrahlen mit einer Geschwindigkeit von 60 bis 70 % der Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Lichtstroms in einem luftleeren Raum aus.
Und es stellt sich heraus, dass es für ein ausreichend schnelles Teilchen (z. B. für ein Proton oder ein Elektron) keine Hindernisse gibt, sich schneller als die Geschwindigkeit des Lichtflusses in einem solchen Medium zu bewegen.
Also im schon fernen 1934 P. Cherenkov unter der Leitung von S.I. Vavilov-Lumineszenz von Flüssigkeiten unter dem Einfluss von Gammastrahlung.
Im Zuge wissenschaftlicher Experimente wurde ein schwaches bläuliches Leuchten entdeckt, das derzeit als Cherenkov-Strahlung bezeichnet wird (richtiger wäre es jedoch, von Cherenkov-Vavilov-Effekt zu sprechen).
Ausgelöst wurde diese Strahlung durch die sogenannten schnellen Elektronen, die durch Gammastrahlung aus den Atomen des Materials herausgeschlagen wurden. Wie sich später herausstellte, bewegten sich solche Elektronen im betrachteten Medium mit einer höheren Geschwindigkeit als der Lichtgeschwindigkeit.
Tatsächlich handelt es sich dabei um eine Art optischer Stoßwelle, die in der Atmosphäre durch ein Überschallflugzeug hervorgerufen wird, das die Schallmauer überwindet.
Um den Vorgang zu verstehen, können Sie sich das Huygens-Prinzip erinnern, nach dem buchstäblich jeder Punkt auf dem Weg der Wellenausbreitung als Quelle für Sekundärwellen angesehen werden kann.
Stellen wir uns also nach dem Huygens-Prinzip vor, dass die Wellen in konzentrischen Kreisen nach außen divergieren, während ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit gleich der Lichtgeschwindigkeit ist. Außerdem geht jede nachfolgende Welle vom nächsten Punkt aus, der sich auf der Bewegungsbahn des Teilchens befindet.
Und wenn in diesem Fall ein Teilchen mit einer Geschwindigkeit größer als die Lichtgeschwindigkeit im Medium ist, dann ist es den Wellen voraus, und die Spitzen der Amplitude dieser Wellen sind für die Bildung der Wellenfront der Cherenkov-Strahlung verantwortlich .
Dabei breitet sich die Strahlung kegelförmig um die Bewegungsbahn des Teilchens aus, wobei dieser Winkel direkt von der Anfangsgeschwindigkeit des Teilchens und der Geschwindigkeit des Lichtstroms im betrachteten Medium abhängt.
Wo wird Cherenkov-Strahlung in der modernen Welt verwendet?
Dieser beobachtete Effekt ist für die Physik der Elementarteilchen äußerst nützlich, da Physiker, wenn sie die Größe des Winkels kennen, ganz leicht die Geschwindigkeit des Teilchens bestimmen können, das diese Strahlung verursacht hat.
Notiz. Für seine Entdeckung 1958 hat Cherenkov zusammen mit I. Tamm, sowie mit I. Frank erhielt den Nobelpreis für Physik. 1937 fanden Tamm und Frank also endlich den Mechanismus der Glühenbildung heraus und machten dann auch eine Vermutung über dessen Vorkommen in Festkörpern und Gasen.
So ermöglicht die Kombination mit anderen Messmethoden die Registrierung von Elementarteilchen in Laboreinrichtungen.
Derzeit wird Cherenkov-Strahlung in modernen Labordetektoren aktiv genutzt.
Darüber hinaus kann die Cherenkov-Strahlung auch mit bloßem Auge in kleinen Reaktoren beobachtet werden, die oft am Boden des Beckens montiert sind, um den Strahlenschutz zu gewährleisten. In diesem Fall ist der Reaktorkern von einem blauen Leuchten umgeben, der Cherenkov-Strahlung.
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