Випромінювання Черенкова • Джеймс Трефіл, енциклопедія «Двісті законів світобудови»
При проходженні частки через матеріальне середовище зі швидкістю, що перевищує швидкість поширення світла у цьому середовищі, спостерігається характерне випромінювання.
При проходженні світла через прозорий матеріал, наприклад, скло, світло поширюється повільніше, ніж у вакуумі. Як при перельоті через континент з проміжними посадками пасажир неминуче втрачає в часі в порівнянні з безпосадковим перельотом, так і світлові промені загальмовуються, взаємодіючи з атомами середовища, і не можуть рухатися так само швидко, як у вакуумі. Теорія відносності свідчить: жодне матеріальне тіло, включаючи швидкі елементарні частинки високих енергій, не може рухатися зі швидкістю, що дорівнює швидкості світла у вакуумі. Але до швидкості руху в прозорих середовищах це обмеження не стосується. У склі або воді, наприклад, світло поширюється зі швидкістю, що становить 60-70% від швидкості світла у вакуумі, і ніщо не заважає швидкій частинці (наприклад, протону або електрону) рухатися швидше світла в такому середовищі.
У 1934 році Павло Черенков проводив дослідження люмінесценції рідин під впливом гамма-випромінювання та виявив слабке блакитне свічення (яке тепер названо його ім'ям), викликане швидкими електронами, вибитими з атомів середовища гамма-випромінюванням. Трохи пізніше з'ясувалося, що ці електрони рухалися зі швидкістю вище за швидкість світла в середовищі. Це був оптичний еквівалент ударної хвилі, яку викликає в атмосфері надзвуковий літак, долаючи звуковий бар'єр. Уявити це явище допоможе аналогія з хвилями Гюйгенса (див.Принцип Гюйгенса), розбіжними зовні концентричними колами зі швидкістю світла, причому кожна нова хвиля випускається з наступної точки шляху руху частки. Якщо частка летить швидшешвидкість поширення світла в середовищі, вона обганяє хвилі. Піки амплітуди цих хвиль і утворюють хвильовий фронт випромінювання Черенкова*.
Випромінювання розходиться конусом навколо траєкторії руху частки. Кут при вершині конуса залежить від швидкості частинки та швидкості світла в середовищі. Це і робить випромінювання Черенкова настільки корисним з погляду фізики елементарних частинок, оскільки, визначивши кут при вершині конуса, фізики можуть розрахувати його швидкість частки. У поєднанні з результатами інших вимірів, це дозволяє виявляти елементарні частинки на своєму обладнанні. У сучасних лабораторіях детектори Черенкова встановлені комплексно з іншими вимірювальними приладами на величезних багатоповерхових стелажах. Як приклад можна навести детектор «Супер-Каміоканде» в лабораторії м. Каміока в Японії, який вміщує 50 000 тонн води та оснащений 11 000 світлочутливих елементів. Випромінювання Черенкова можна спостерігати і неозброєним поглядом на невеликих дослідних ядерних реакторах, які часто встановлюють на дні басейну для забезпечення радіаційного захисту. Сердечник реактора у разі оточений ефектним блакитним світінням — і є випромінювання Черенкова під впливом швидких частинок, випромінюваних у результаті ядерної реакції.
Оскільки аналіз цього випромінювання відіграв найважливішу роль у експериментальній ядерній фізиці, що зароджується, в 1958 році Черенков, спільно з Ігорем Таммом (1895-1971) і Іллею Франком (1908-90), був удостоєний Нобелівської премії з фізики. Тамм і Франк в 1937 році остаточно встановили механізм виникнення свічення під впливом електронів, що рухаються швидше за швидкість світла в середовищі (наприклад, у воді), а потім передбачили незабаром виявлене випромінювання Черенкова в твердих тілах і газах.
*Точніша назва випромінювання Черенкова, прийнята в українській науковій традиції, — «випромінювання Черенкова—Вавилова» або «ефект Черенкова—Вавилова». Павло Черенков проводив свої дослідження під керівництвом Сергія Івановича Вавілова, який помер у 1951 р. і тому, згідно з правилами присудження Нобелівських премій, не був включений до числа лауреатів. — Прим. перекладача.
Радянський фізик. Народився у селі Нова Чигла Воронезької губернії у селянській сім'ї. У 1928 році закінчив Воронезький університет, два роки працював учителем. З 1930 року до кінця своїх днів працював у Фізичному інституті ім. Лебедєва Академії наук СРСР (ФІАН). Після роботи, що призвела до відкриття випромінювання Черенкова, займався вивченням космічних променів та розробкою прискорювачів важких частинок.