Эфект Вавілава — Чаранкова

Эфе́кт Ваві́лава — Чаранко́ва (выпрамяне́нне Чаранко́ва — Ваві́лава) — свячэнне, выкліканае ў празрыстым асяроддзі зараджанай часціцай, якая рухаецца са скорасцю, якая перавышае фазавую скорасць распаўсюджвання святла ў гэтым асяроддзі. Чаранкоўскае выпраменьванне шырока выкарыстоўваецца ў фізіцы высокіх энергій для рэгістрацыі рэлятывісцкіх часціц і вызначэння іх скарасцей.

Гісторыя адкрыцця

Выпраменьванне Вавілава — Чаранкова ў ахаладжальнай вадкасці ядзернага рэактара

У 1934 годзе Павел Чаранкоў праводзіў у лабараторыі Сяргея Вавілава даследаванні люмінесцэнцыі вадкасцей пад уздзеяннем гама-выпраменьвання і выявіў слабае блакітнае свячэнне, выкліканае хуткімі электронамі, выбітымі з атамаў асяроддзя гама-выпраменьваннем. Пазней высветлілася, што гэтыя электроны рухаліся са скорасцю вышэй скорасці святла ў асяроддзі.

Ужо першыя эксперыменты Чаранкова, прынятыя па ініцыятыве С. І. Вавілава, выявілі шэраг характэрных асаблівасцей выпраменьвання: свячэнне назіраецца ва ўсіх чыстых празрыстых вадкасцей, прычым яркасць мала залежыць ад іх хімічнага саставу, выпраменьванне мае палярызацыю з пераважнай арыентацыяй электрычнага вектара ўздоўж напрамку першаснага пучка, пры гэтым у адрозненне ад люмінесцэнцыі не назіраецца ні тэмпературнага, ні прымесных тушэння. Зыходзячы з гэтых дадзеных, Вавілаў зрабіў асноўны вывад, што знойдзеная з'ява — не люмінесцэнцыя вадкасці, а святло, якое выпраменьваюць хуткія электроны, якія рухаюцца ў ёй.

Тэарэтычнае тлумачэнне з'явы было дадзена І. Тамам і І. Франкам ў 1937 годзе.

У 1958 Чаранкоў, Там і Франк былі ўзнагароджаны Нобелеўскай прэміяй па фізіцы «за адкрыццё і тлумачэнне эфекту Чаранкова». Манэ Сігбан з Шведскай каралеўскай акадэміі навук у сваёй прамове адзначыў, што «адкрыццё з'явы, цяпер вядомай як эфект Чаранкова, прадстаўляе сабой цікавы прыклад таго, як адносна простае фізічнае назіранне пры правільным падыходзе можа прывесці да важных адкрыццяў і пракласці новыя шляхі для далейшых даследаванняў».

Механізм і геаметрыя выпраменьвання

Згодна з тэорыяй адноснасці, ніякае матэрыяльнае цела, уключаючы хуткія элементарныя часціцы высокіх энергій, не можа рухацца са скорасцю, якая перавышае скорасць святла ў вакууме. Але да скорасці руху святла ў празрыстых асяроддзях гэта абмежаванне не адносіцца. У шкле або ў вадзе, напрыклад, святло распаўсюджваецца са скорасцю, якая складае 60-70 % ад скорасці святла ў вакууме, і нішто не перашкаджае хуткай часціцы (напрыклад, пратону або электрону) рухацца хутчэй святла ў такім асяроддзі.

У 1934 годзе Павел Чаранкоў праводзіў даследаванні люмінесцэнцыі вадкасцей пад уздзеяннем гама-выпраменьвання і выявіў слабае блакітнае свячэнне (якое цяпер названа яго імем), выкліканае хуткімі электронамі, выбітымі з атамаў асяроддзя гама-выпраменьваннем. Крыху пазней высветлілася, што гэтыя электроны рухаліся з скорасцю вышэй скорасці святла ў асяроддзі. Гэта быў як бы аптычны эквівалент ударнай хвалі, якую выклікае ў атмасферы звышгукавы самалёт. Уявіць гэту з'яву можна па аналогіі з хвалямі Гюйгенса, якія разбягаюцца канцэнтрычнымі коламі са скорасцю святла, прычым кожная новая хваля выпускае з наступнага пункта на шляху руху часціцы. Калі часціца ляціць хутчэй за святло ў асяроддзі, яна абганяе хвалі. Пікі амплітуды гэтых хваль і ўтвараюць хвалевы фронт выпраменьвання Чаранкова.

Выпраменьванне разыходзіцца конусам вакол траекторыі руху часціцы. Вугал пры вяршыні конусу залежыць ад скорасці часціцы і ад скорасці святла ў асяроддзі. Гэта як раз і робіць выпраменьванне Чаранкова такім карысным з пункту гледжання фізікі элементарных часціц, бо, вызначыўшы вугал пры вяршыні конусу, можна разлічыць па ім скорасць часціцы.

Цікавыя следствы

• Распаўсюджана памылковае ўяўленне, што на вялікіх глыбінях у акіяне пануе цемра, бо святло з паверхні туды не даходзіць. На самай справе, у выніку распаду радыеактыўных ізатопаў у акіянскай вадзе, у прыватнасці, калію-40, нават на вялікіх глыбінях вада слаба свеціцца з-за эфекту Вавілава — Чаранкова. Існуюць гіпотэзы, што вялікія вочы патрэбныя глыбакаводным стварэнням затым, каб бачыць пры такім слабым асвятленні.

Гл. таксама

• Конус Маха

Літаратура

• Чаранкова—Вавілава выпрамяненне // Беларуская энцыклапедыя: У 18 т. Т. 17: Хвінявічы — Шчытні / Рэдкал.: Г. П. Пашкоў і інш. — Мн. : БелЭн, 2003. — Т. 17. С. 221.

Спасылкі

• Эффект Черенкова - Вавилова — артыкул з Фізічнай энцыклапедыі