Ακτινοβολία Cherenkov:Υπάρχει ισοδύναμο Sonic Boom για το φως;

Η ακτινοβολία Cherenkov είναι το αποτέλεσμα ενός σωματιδίου που κινείται ταχύτερα από την ταχύτητα του φωτός σε ένα μέσο. Αυτή η ακτινοβολία είναι αμυδρή, αλλά μπορεί να φανεί με τη μορφή μπλε λάμψης στο νερό γύρω από έναν πυρηνικό αντιδραστήρα. Αυτό είναι το ισοδύναμο μιας ηχητικής έκρηξης στην περίπτωση του φωτός.

Όταν ένα στρατιωτικό αεροσκάφος περνά από πάνω με ταχύτητα λίγων mach, αναπόφευκτα θα ακούσετε μια δυνατή έκρηξη στον ουρανό. Αυτό προκαλείται από ένα φυσικό φαινόμενο που ονομάζεται ηχητική έκρηξη, το οποίο προφανώς σχετίζεται με τον ήχο. Αναρωτηθήκατε ποτέ αν υπάρχει ανάλογο σε ηχητική έκρηξη στην περίπτωση του φωτός;

Τι ισοδυναμεί με ηχητική έκρηξη στην περίπτωση του φωτός;

Σύντομη απάντηση: Σε αντίθεση με τον ήχο, το φως δεν χρειάζεται ένα μέσο για να ταξιδέψει (μπορεί να ταξιδέψει μέσα από το κενό). Ως εκ τούτου, δεν υπάρχει ανάλογο με μια ηχητική έκρηξη στην περίπτωση του φωτός. Ωστόσο, μια ηχητική έκρηξη συμβαίνει όταν κάτι ταξιδεύει πιο γρήγορα από τον ήχο. Ομοίως, συμβαίνει κάτι ενδιαφέρον όταν κάτι ταξιδεύει ταχύτερα από το φως σε ένα δεδομένο μέσο.

Αλλά πρώτα πρώτα…

Τι είναι το sonic boom;

Τα ηχητικά κύματα που παράγονται από μια ακίνητη πηγή απλώνονται ομοιόμορφα, σαν κυματισμοί σε μια λίμνη. Ωστόσο, καθώς η πηγή ήχου αρχίζει να κινείται, τα κύματα μπροστά από το αντικείμενο τείνουν να συσσωρεύονται, αυξάνοντας τη συχνότητά τους. Ως αποτέλεσμα, ένας παρατηρητής που στέκεται μπροστά από ένα αντικείμενο θα ακούσει έναν υψηλότερο ήχο από κάποιον που στέκεται πίσω από το αντικείμενο. Αυτή η αύξηση στη φαινομενική συχνότητα των ηχητικών κυμάτων ονομάζεται φαινόμενο Doppler.

Αυτό το ίδιο φαινόμενο είναι γιατί το σήμα ενός ασθενοφόρου ακούγεται διαφορετικό καθώς περνά από δίπλα σας.

Όταν ένα αντικείμενο (ηχητική πηγή) κινείται με την ταχύτητα του ίδιου του ήχου (η ταχύτητα του ήχου στον αέρα είναι 767 mph), τότε τα ηχητικά κύματα που προηγούνται του αντικειμένου θα συγκεντρωθούν στο ίδιο σημείο, παράγοντας έναν πολύ δυνατό ήχο όπως αυτό το τοίχωμα τα ηχητικά κύματα χτυπούν τον παρατηρητή που στέκεται μπροστά (ή κάτω).

Επειδή, τα πράγματα αλλάζουν δραματικά μόλις ένα αντικείμενο «σπάσει το φράγμα του ήχου» ή με άλλα λόγια, ταξιδεύει γρηγορότερα από την ταχύτητα του ήχου. Σε αυτήν την περίπτωση, τα ηχητικά κύματα που παράγονται από το αντικείμενο δεν έχουν αρκετό χρόνο για να απλωθούν μπροστά του, επειδή ταξιδεύει πιο γρήγορα από τα ηχητικά κύματα που δημιουργεί.

Ένα τέτοιο αντικείμενο λέγεται ότι κινείται με «υπερηχητική ταχύτητα» και δημιουργεί ένα έντονο μέτωπο κύματος που προκαλεί την ηχητική έκρηξη, αυτόν τον χαρακτηριστικό δυνατό θόρυβο όταν ένα υπερηχητικό μαχητικό αεροσκάφος περνά από πάνω.

Υπάρχει ισοδύναμο ηχητικού βραχίονα στην περίπτωση του φωτός;

Ο ήχος είναι ένα μηχανικό κύμα, που σημαίνει ότι χρειάζεται ένα μέσο για να ταξιδέψει. Ταξιδεύει αρκετά καλά μέσω του αέρα, των στερεών αντικειμένων και ακόμη και του νερού, αλλά δεν μπορεί να ταξιδέψει μέσα από το κενό. Όπως μόλις είδαμε, μια ηχητική έκρηξη συμβαίνει όταν ένα αντικείμενο ταξιδεύει ταχύτερα από την ταχύτητα του ήχου και συμπιέζει τον αέρα που βρίσκεται ακριβώς μπροστά του.

Ένα αεροσκάφος που σπάει το φράγμα του ήχου (Photo Credit:Chris Parypa Photography / Shutterstock.com)

Το φως, από την άλλη πλευρά, είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα, που σημαίνει ότι σε αντίθεση με τον ήχο, δεν απαιτεί μέσο για να ταξιδέψει. Επίσης, τίποτα δεν ταξιδεύει πιο γρήγορα από την ταχύτητα του φωτός στον αέρα (ή στο κενό).

Έτσι, πρακτικά μιλώντας, δεν υπάρχει ηχητική έκρηξη ισοδύναμη για το φως στον αέρα ή το κενό.

Μπορεί οτιδήποτε να ταξιδέψει πιο γρήγορα από το φως σε ένα δεδομένο μέσο;

Σίγουρα.

Αν και είναι αλήθεια ότι τίποτα δεν ταξιδεύει γρηγορότερα από το φως στο κενό, το φως δεν ταξιδεύει πάντα στο κενό. Επίσης, η ταχύτητα του φωτός μειώνεται όταν ταξιδεύει μέσα από ορισμένα μέσα, όπως νερό, γυαλί κ.λπ. Σε αυτά τα μέσα, μπορεί να υπάρχουν σωματίδια που κινούνται ταχύτερα από το φως στο συγκεκριμένο μέσο (αν και ποτέ δεν είναι ταχύτερα από την ταχύτητα του φωτός κενό).

Ακτινοβολία Τσερένκοφ

Όταν συμβαίνει αυτό, δηλ. όταν ένα σωματίδιο κινείται ταχύτερα από την ταχύτητα του φωτός σε ένα μέσο, ​​μια αμυδρή μορφή ακτινοβολίας παράγεται στο μέσο. Αυτή η ακτινοβολία ονομάζεται ακτινοβολία Cherenkov Ονομάστηκε έτσι από τον Ρώσο επιστήμονα, Pavel A. Cherenkov, ο οποίος πρώτος την εξήγησε και την απέδειξε πειραματικά.

Η ακτινοβολία Cherenkov λάμπει στον πυρήνα του Advanced Test Reactor. (Φωτογραφία:Εθνικό Εργαστήριο Argonne / Wikimedia Commons)

Στην παραπάνω εικόνα, η αμυδρή λάμψη στο νερό γύρω από τον πυρήνα ενός πυρηνικού αντιδραστήρα παράγεται χάρη στην ακτινοβολία Cherenkov. Αυτό συμβαίνει επειδή τα σωματίδια βήτα (πολύ γρήγορα ηλεκτρόνια) που εκπέμπονται από τα προϊόντα σχάσης διεγείρουν τα γύρω μόρια του νερού και αυξάνουν την ενέργειά τους. Προκειμένου να επιστρέψουν στα κανονικά ενεργειακά τους επίπεδα, τα σωματίδια του νερού εκπέμπουν φωτόνια μπλε φωτός.

Δεδομένου ότι αυτά τα ταχέως κινούμενα ηλεκτρόνια ταξιδεύουν ταχύτερα από το φως στο νερό, ένας καταρράκτης φωτονίων, που βρίσκονται σε φάση μεταξύ τους, θα αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους (εποικοδομητική παρεμβολή) και θα προσδώσουν μια αμυδρή, αλλά σαφώς ορατή γαλαζωπή λάμψη στο νερό που περιβάλλει το αντιδραστήρα.

Κατά κάποιον τρόπο, λοιπόν, μπορείτε να πείτε ότι η ακτινοβολία Cherenkov είναι ανάλογη με μια ηχητική έκρηξη, με μερικές τεχνικές διαφορές. Φυσικά, υπάρχει και η πιο προφανής διαφορά:η ακτινοβολία Cherenkov δεν παράγει τεράστια έκρηξη όταν συμβαίνει! για περισσότερα δείτε αυτό :