Изучение Вавилова-Черенкова

Советский физик п. а. Черенков (1904 – 1990), работавший под руководством Вавилова, показал, что при движении релятивистских заряженных частиц в среде с постоянной скоростью v, превышающей фазовую скорость света в этой среде, т. е. при условии v>c/n (n – показатель преломления среды), возникает электромагнитное излучение, названное впоследствии излучением (эффектом) Вавилова – Черенкова. Природа данного излучения, обнаруженного для разнообразных веществ, в том числе и для чистых жидкостей, подробно изучалась С. И. Вавиловым. Он показал, что данное свечение не является люминесценцией, как считалось ранее, и высказал предположение, что оно связано с движением свободных электронов через вещество.

Излучение Вавилова – Черенкова в 1937 г. было теоретически объяснено советскими учеными И. Е. Таммом(1895-1971) и И.М. Франком(р. 1908) (Черенков, Тамм и Франк в 1958 г. удостоены Нобелевской премии).

Согласно электромагнитной теории, заряженная частица(например, электрон) излучает электромагнитные волны лишь при движении с ускорением. Тамм и Франк показали, что это утверждение справедливо только до тех пор, пока скорость заряженной частицы не превышает фазовой скорости c/n электромагнитных волн в среде, в которой частица движется. Если частица обладает скоростью v>c/n, то, даже двигаясь равномерно, она будет излучать электромагнитные волны. Таким образом, согласно теории Тамма и Франка, электрон, движущийся в прозрачной среде со скоростью, превышающей фазовую скорость света в данной среде, должен сам излучать свет.

Отличительной особенностью излучения Вавилова – Черенкова является его распространение не по всем направлениям, а лишь по направлению, составляющим острый угол J с траекторией частицы, т. е. вдоль образующих конуса, ось которого совпадает с направлением скорости частицы. Определим угол J

cosJ=(c/n)/v=c/(nv).

Возникновение излучения Вавилова – Черенкова и его направленность истолкованы Франком и Таммом на основе представлений об интерференции света с использованием принципа Гюйгенса.

На основе излучения Вавилова – Черенкова разработаны широко используемые экспериментальные методы для регистрации частиц высоких энергий и определения их свойств (направление движения, величина и знак заряда, энергия). Счетчики для регистрации заряженных частиц, в которых используется излучение Вавилова – Черенкова, получили название черенковских счетчиков. В этих счетчиках частица регистрируется практически мгновенно (при движении заряженной частицы в среде со скоростью, превышающей фазовую скорость света в данной среде, возникает световая вспышка, преобразуемая с помощью фотоэлектронного умножителя в импульс тока). Это позволило в1955 г. итальянскому физику Э. Сегре (р. 1905) открыть в черенковском счетчике короткоживущую античастицу – антипротон.

22.Дифракционная природа изображения.

Пучок лучей, выходящих из точки объекта, после прохождения через идеальную оптическую систему должен вновь собраться в точку изображения. В действительности даже в оптических системах, лишенных обираций, изображения не соответствуют точно объекту из-за того, что: а)линза не перехватывает всех пучков света, идущих от предмета; б)линзы ограниченны некоторыми диафрагмами. Эти обстоятельства позволяют рассмотреть рассматривать линзу как отверстие в непрозрачном экране,на краях которого должна возникать дифракция, которая приводит к искажению изображения. Оправы линз и объективов имеют круглую форму, рассмотрим дифракцию плоских волн на круглом отверстии, и ее роль в формировании изображения.

Пусть светящиеся точка S испускает пучок света, который с помощью линзы L преобразуется в пучок параллельных лучей. Согласно законам геометрической оптики, пучок параллельных, пройденных через круглое отверстие радиуса R в непрозрачном экране, а затем через линзу L₁, должно собраться в фокальной плоскости линзы L₁, в точке А₀. Так как эти лучи в плоскости отверстия имели одинаковую фазу, то пересекаясь в главном фокусе линзы F, они дадут там максимум освещенности. Далее эти лучи пойдут к экрану Р расходящимся пучком.

Из-за явления дифракции за щелью появятся также лучи, идущие под некоторым углом β к главной оптической оси линзы. Эти лучи пересекутся в фокальной плоскости линзы в побочном фокусе F₁. Причем крайние лучи пучка будут иметь оптическую разность хода . Для пучков удовлетворяющих условию =2kλ/2(k=1,2,3,…) освещенность в побочных фокусах обратится в нуль. Между минимумами освещенности распложаться максимумы, направления на которые задается условием: d* _max=(2k-1) λ/2. Следовательно в фокальной плоскости линзы L₁ наблюдается яркое пятно в виде круга, чередующиеся темными и светлыми дифракционными кольцами.