Эффект Вавилова — Черенкова

В 1934 г. П. А. Черенков, работавший под руководством С. И. Вавилова, обнаружил особый вид свечения жидкостей под действием g-лучей радия. Вавилов высказал правильное предпо­ложение, что источником излучения служат быстрые электроны, создаваемые g-лучами. Это явление получило название эффекта Вавилова — Черенкова. Его полное теоретическое объ­яснение было дано в 1937 г. И. Е. Таммом и И. М. Франком.

Согласно электромагнитной теории заряд, движущийся равно­мерно, не излучает электромагнитных волн. Однако, как показали Тамм и Франк, это справедливо лишь в том случае, если скорость u заряженной частицы не превышает фазовую ско­рость с/п электромагнитных волн в той среде, в которой движется частица. При условии, что u > с/п, даже двигаясь равномерно, частица излучает электромагнитные волны. В действительности ча­стица теряет энергию на излучение, вследствие чего движется с отрицательным ускорением. Но это ускоре­ние является не причиной (как в случае u<с/п), а следствием излучения. Если бы потеря энергии за счет излучения воспол­нялась каким-либо способом, то частица, движущаяся равномерно со скоростью u>с/п, все равно была бы источником из­лучения.

Эффект Вавилова — Черенкова наблю­дался экспериментально для электронов, протонов и мезонов при движении их в жидких и твердых средах.

В излучении Вавилова — Черенкова преобладают короткие волны, поэтому оно имеет голубую окраску. Наиболее характерным свойством этого излучения является то, что оно испускается не по всем направлениям, а лишь вдоль образующих конуса, ось которо­го совпадает с направлением скорости частицы (рис.3.5.9). Угол между направлениями распространения излучения и вектором ско­рости частицы определяется соотношением

Эффект Вавилова — Черенкова находит широкое применение в экспериментальной технике. В так называемых счетчиках Черенкова световая вспышка, порождаемая быстродвижущейся заряженной частицей, превращается с помощью фотоумно­жителя в импульс тока. Для того чтобы заставить сработать такой счетчик, энергия частицы должна превысить пороговое значение, определяемое условием: u = с/п. Поэтому черенковские счетчики позволяют не только регистрировать частицы, но и судить об их энергии. Удается даже определить угол между направлением вспышки и скоростью частицы, что дает возможность вычислить скорость (а следовательно, и энергию) частицы.