излучение ''сверхсветовых'' частиц (эффект черенкова)

RADIATION OF FASTER THAN LIGHT PARTICLES (CHERENKOV EFFECT) ИЗЛУЧЕНИЕ “СВЕРХСВЕТОВЫХ” ЧАСТИЦ (ЭФФЕКТ ЧЕРЕНКОВА) S. P. DENISOV ë. è. ÑÖçàëéÇ The history of the discovery and main properties of Cherenkov radiation are outlined. Modern applications of Cherenkov detectors in experiments in accelerators and with cosmic rays are discussed. © ÑÂÌËÒÓ‚ ë.è., 1996 Ç Òڇڸ ‡ÒÒÏÓÚÂÌ˚ ËÒÚÓËfl ÓÚÍ˚ÚËfl, Ó·˙flÒÌÂÌËÂ Ë ÓÒÌÓ‚Ì˚ ҂ÓÈÒÚ‚‡ ËÁÎÛ˜ÂÌËfl óÂÂÌÍÓ‚‡. é·ÒÛʉÂÌ˚ ÒÓ‚ÂÏÂÌÌ˚ ÔËÏÂÌÂÌËfl ‰ÂÚÂÍÚÓÓ‚ ˜ÂÂÌÍÓ‚ÒÍÓ„Ó ËÁÎÛ˜ÂÌËfl ‚ ˝ÍÒÔÂËÏÂÌÚ‡ı ̇ ÛÒÍÓËÚÂÎflı Ë Ò ÍÓÒÏ˘ÂÒÍËÏË ÎÛ˜‡ÏË. åÓÒÍÓ‚ÒÍËÈ „ÓÒÛ‰‡ÒÚ‚ÂÌÌ˚È ÛÌË‚ÂÒËÚÂÚ ËÏ. å.Ç. ãÓÏÓÌÓÒÓ‚‡ ÇÇÖÑÖçàÖ В 1934 году экспериментально обнаружено, а в 1937 году теоретически объяснено одно из красивейших физических явлений – свечение, вызываемое заряженной частицей, которая движется в среде с постоянной скоростью, превышающей скорость распространения света в этой среде. В статье это явление называется по имени первооткрывателя излучением Черенкова, как это принято в зарубежной литературе. В отечественных публикациях его часто называют излучением Вавилова–Черенкова, поскольку Сергей Иванович Вавилов играл активную роль в опытах, проводимых Павлом Алексеевичем Черенковым. Сергей Иванович предложил тему исследований и постоянно интересовался результатами эксперимента. История открытия эффекта Черенкова, описанная в разделе 2, весьма интересна и поучительна, в первую очередь для молодых ученых. В разделе 3 даны три простых объяснения возникновения излучения Черенкова. Два из них основаны на законах классической волновой оптики – теории интерференции и принципе Гюйгенса, третье – на квантово-корпускулярных представлениях об излучении. В разделе 4 рассмотрены принципы действия и современные применения детекторов черенковского излучения для регистрации элементарных частиц в экспериментах в физике высоких энергий, космических лучах и астрофизике. Для активных читателей статья сопровождается задачами. Самостоятельное их решение позволит глубже понять излагаемый материал. Для тех, кто заинтересуется излучением Черенкова и захочет получить о нем больше сведений, в Заключении приведены ссылки на книги как научно-популярные, так и специальные. В качестве единицы энергии используются электронвольт (эВ), равный энергии, приобретаемой электроном при прохождении разности потенциалов 1 вольт ( 1 эВ = 1,6 ⋅ 10− 19 джоулей ), а также производные: 1 КэВ = 103 эВ, 1 МэВ = 106 эВ, 1 ГэВ = 109 эВ и 1 ТэВ = 1012 эВ. 2. àëíéêàü éíäêõíàü В начале 30-х годов молодой аспирант Павел Алексеевич Черенков начал изучать люминесценцию растворов солей урана, облучаемых γ-квантами ÑÖçàëéÇ ë.è. àáãìóÖçàÖ “ëÇÖêïëÇÖíéÇõï” óÄëíàñ 89 от радиоактивного источника, содержащего несколько десятых долей грамма радия. Его руководителем был известный в то время специалист по люминесценции Сергей Иванович Вавилов. Люминесценция – это “холодное” свечение вещества под действием внешнего облучения (например, ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами), представляющее собой избыток над тепловым излучением и имеющее длительность, значительно превышающую период световых колебаний. Механизм люминесценции заключается в возбуждении атомов вещества внешним источником и испускании ими света при переходе в основное состояние. Время жизни атома в возбужденном состоянии может быть очень малым (миллиардные доли секунды) или очень большим (несколько часов), но оно всегда конечно. Ко времени опытов Черенкова основные закономерности люминесценции были установлены. Они сводились к следующему: – интенсивность и спектральный состав люминесценции зависят от типа вещества, его чистоты и температуры; – излучение происходит изотропно (равномерно во все стороны); – даже малые примеси некоторых веществ могут заметно уменьшить интенсивность люминесценции (так называемый эффект “тушения