Эффект Вавилова — Черенкова

В 1934 г. советские физики П. А. Черенков и С. И. Вавилов обнаружили новый вид свечения, которое получило название свечения Вавилова—Черенкова. Этот эффект можно наблюдать, когда источник проникающего радиоактивного излучения окружен плотной прозрачной средой, например водой.

Свечение возникает при движении частиц, например электронов, в какой-либо прозрачной среде со скоростью, превышающей скорость света в этой среде. Это не противоречит специальной теории относительности, согласно которой скорость движения частицы не может превышать скорость света в вакууме с=3*10⁸ м/с, поскольку скорость света в среде v_с = c/n (для воды о=2,25*10⁸ м/с). Следовательно, электрон может двигаться со скоростью, большей v_с, но не превышающей c. В случае воды для этого электрону достаточно иметь энергию больше 0,26 МэВ.

Такое движение частицы похоже на движение корабля со скоростью, превышающей скорость распространения волн на воде; при этом за кораблем возникают расходящиеся волны. Аналогичное явление наблюдается при движении самолета со сверхзвуковой скоростью, за которым распространяются звуковые волны с конусообразным фронтом. Угол при вершине этого конуса тем меньше, чем быстрее летит самолет.

Когда заряженная частица пролетает в среде со сверхсветовой (для этой среды) скоростью, она возбуждает атомы среды, которые испускают затем когерентное излучение, распространяющееся со скоростью v_c меньшей, чем скорость частицы v_ч. Если за какое-то время t частица пролетает расстояние AB=v_чt (рис. 37.7), то световые волны из точки А распространяются по сфере на расстояние AD=AC=v_ct. При этом фронт световых волн, испускаемых атомами, находящимися на прямой АВ, образует коническую поверхность (с образующими BG и BD). Так как ΔАВС прямоугольный, то:

sin θ = v_ct/v_чt = v_c/v_ч.

Отсюда видно, что угол θ тем меньше, чем больше скорость частицы. Таким образом, свечение Вавилова—Черенкова можно использовать для определения скорости движения быстрых частиц. Это свечение можно наблюдать в воде, применяемой в ядерном реакторе.