La radiación de Cherenkov puede llamarse física del siglo XIX, que accidentalmente llegó al siglo XX. Podría haber sido predicho (y hasta cierto punto por el físico
Heaviside ) en la década de 1880, pero este efecto fue descubierto por casualidad, posiblemente por Maria y Pierre Curie. Fue estudiado cuidadosamente por Pavel Cherenkov en la década de 1930, y después de unos años el efecto fue explicado en detalle por
Ilya Mikhailovich Frank e
Igor Evgenievich Tamm . Tres de estos físicos recibieron un Premio Nobel en 1958 por estudiar este fenómeno.
Nota perev.: en fuentes inglesas, casi siempre al describir la radiación de Cherenkov, los autores tienen prisa por mencionar a la pareja Curie y el hecho de que, ya a principios del siglo XX, parecían haber observado algún tipo de brillo azul en sus experimentos con la radiación. Sin embargo, generalmente no indican la fuente de esta información; En casos raros, escriben que la información se obtuvo sobre la base de la lectura de un libro de arte, una biografía de la pareja Curie, escrita por su hija, Eva.
Y en la biografía misma sobre el resplandor azul, solo esto se dice:
"Y entre el cobertizo oscuro, los vasos de vidrio con partículas preciosas de radio, colocados, por falta de gabinetes, simplemente en mesas, en estantes de madera clavados en las paredes, brillan con siluetas fosforescentes azuladas, como colgando en la oscuridad". // "Pierre y Marie Curie", trad. del francés S. A. Shukarev, Evgeny Fedorovich Korsh, ed. 1959¿Qué tipo de observación fue esa? Cherenkov estudió la luz azul que apareció en el momento en que los objetos radiactivos (que contienen átomos, cuyo núcleo se desintegra en otros núcleos, escupiendo partículas de alta energía, entre las cuales hay electrones y positrones) se colocaron junto al agua y otros materiales transparentes. Ahora sabemos que cualquier partícula cargada eléctricamente, como un electrón que se mueve con suficiente energía a través del agua, el aire u otro medio transparente, emitirá luz azul. Esta luz se mueve desde una partícula en cierto ángulo a la dirección de su movimiento.
Que esta pasando Como Frank y Tamm entendieron, este es un choque fotónico, similar a un boom sónico que ocurre cuando un avión supersónico viaja más rápido que la velocidad del sonido, o la emoción que crea un barco que viaja a través del agua. La luz en un medio transparente se moverá a una velocidad diferente de la velocidad de la luz en el vacío debido a la interacción entre la luz y las partículas cargadas (electrones y núcleos atómicos) que forman este medio. Por ejemplo, en el agua, la luz viaja aproximadamente un 25% más despacio que en el vacío. Por lo tanto, es más fácil que un electrón de alta energía viaje más rápido que la luz que se mueve en el agua, y al mismo tiempo no exceda la velocidad de la luz en el vacío. Si dicha partícula viaja a través del agua, crea una onda expansiva electromagnética, similar a una onda expansiva creada por un avión supersónico en aire denso. Esta onda proviene de una partícula, tal como una onda de sonido proviene de un avión, y transporta energía en muchas formas (longitudes de onda) de radiación electromagnética, incluida la luz visible. En el extremo violeta del arco iris, se genera más energía que en el rojo, por lo que la luz para nuestros ojos y cerebro se ve principalmente azul.
Tal radiación es extremadamente útil en la física de partículas, ya que proporciona una excelente manera de detectar partículas de alta energía. No solo podemos ver la presencia de partículas cargadas de alta energía gracias a la luz emitida por ellas, sino que también podemos comprender mucho más estudiando los detalles de esta luz. Un patrón de radiación preciso puede ayudar a determinar (a) qué camino sigue una partícula en un medio, (b) cuánta energía transporta e incluso (c) algo sobre su masa (dado que los electrones se dispersarán en el medio y las partículas más pesadas comportarse de manera diferente). Varios experimentos muy importantes, incluidos los que posteriormente recibieron el Premio Nobel, se basan en esta radiación. Entre ellos se encuentran experimentos que jugaron un papel importante en el estudio de los neutrinos, por ejemplo,
Super-Kamiokande .
La radiación de Cherenkov también es muy útil para verificar la exactitud de la descripción de la naturaleza por la teoría de la relatividad de Einstein. Rayos cósmicos: partículas que vuelan desde el espacio profundo (a menudo chocan con algo en la atmósfera y generan cascadas de partículas que pueden ser detectadas por detectores en la tierra), en casos raros, pueden tener una energía extremadamente alta, 100 millones de veces más alta que la energía de los protones en El Gran Colisionador de Hadrones. Estas partículas (hasta donde sabemos) fueron creadas a una distancia de muchos años luz de la Tierra en eventos astronómicos tan poderosos como las supernovas. Suponga que la velocidad de la luz no sería un límite de velocidad universal, y estas partículas viajarían más rápido que la luz en el vacío del espacio. Entonces, estas partículas de alta energía también causarían radiación Cherenkov. Y dado que su viaje fue tan largo, habrían perdido mucha energía con esta radiación. Resulta que esta pérdida de energía puede ocurrir muy rápidamente, y que en este caso estas partículas no podrían viajar distancias astronómicas y mantener niveles de energía tan altos, a menos que su velocidad permaneciera por debajo de la velocidad de la luz.
En resumen, si los rayos cósmicos de energías súper altas pudieran moverse más rápido que la luz, entonces no podríamos observar ningún rayo cósmico con tal energía, ya que tendrían que perder toda su energía antes de llegar a la Tierra. Pero los estamos observando.
Hay una pequeña trampa: estamos casi seguros de que la mayoría de ellos tienen una carga: sus propiedades indican que participan en una interacción nuclear fuerte, y las únicas partículas estables que pueden viajar tales distancias son los protones y, en general, los núcleos atómicos, y Todos tienen una carga eléctrica. Incluso si usa este truco, pero las restricciones se pueden aliviar un poco, pero seguirán siendo bastante fuertes.
De esto podemos concluir: los rayos cósmicos de energías ultra altas (y también generalmente todos los rayos cósmicos de energías bajas) no pueden moverse más rápido que la velocidad de la luz, al menos mucho más rápido. Y si este avance existe, entonces sus estimaciones, hechas a fines de la década de 1990 por los famosos físicos
Sidney Coleman y
Sheldon Glashow , dicen que este valor puede ser igual a diez partes de un billón de billones. Desde entonces, estas limitaciones probablemente se han mejorado gracias a los datos experimentales.
Del mismo modo, el hecho de que podamos observar electrones de alta energía impone una restricción en su velocidad en relación con la velocidad de la luz. Una de las últimas declaraciones sobre las que leí dice que de las observaciones de electrones con energías de hasta 0.5 TeV se deduce que los electrones no pueden exceder la velocidad de la luz en más de una parte de cada mil billones.