У науково-фантастичних фільмах ядерні реактори і ядерні матеріали завжди світяться синім світлом. Наприклад, в першому фільмі про «Залізної людини», герой Тоні Старка у виконанні Роберта-Дауні молодшого збирає невеликий ядерний реактор, що живить костюм. Цікаво, що характерне блакитне світіння, що виходить від реактора (будь той справжній) - реально існуюче явище під назвою ефект Вавилова-Черенкова. Саме через нього вода, навколишнє ядерні реактори, дійсно світиться яскраво-синім. Вперше це світіння помітили фізик Сергій Вавилов і його аспірант Павло Черенков в лабораторії Фізико-математичного інституту в 1933 році, коли побачили, що пляшка з водою, що зазнала впливу радіації, засвітилася синім світлом. У 1958 році за це відкриття Черенков отримав Нобелівську премію з фізики, розділивши її з Іллею Франком і Ігорем Таммом, які експериментально підтвердили існування ефекту. Хоча пояснити випромінювання Вавилова-Черенкова вдалося тільки після публікації Альбертом Ейнштейном спеціальної теорії відносності, його існування було передбачене англійським ерудитом Олівером Хевісайдом ще в 1888 році.
Що таке випромінювання Вавилова-Черенкова?
Перевищити швидкість світла у вакуумі неможливо. Але коли елементарна частинка знаходиться в щільному середовищі, то може перевищити це обмеження. Так, частка, розігнана в вакуумі, може влетіти в воду зі швидкістю, наприклад, 299 799 кілометрів на секунду: так як закони фізики забороняють миттєва зміна швидкості, частка, перебуваючи в середовищі, пролітає якийсь відстань швидше місцевого обмеження. Під час польоту частка гальмує втрачаючи енергію, якої потрібно кудись діватися.
Як пише Tass в статті, присвяченій Нобелівської премії з фізики 1958 року народження, при гальмуванні машини кінетична енергія переходить в нагрів гальм, а сверхсветовие частки віддають надлишок у вигляді квантів випромінювання, тобто світла. Одна з особливостей черенковского випромінювання полягає в тому, що воно в основному знаходиться в безперервному ультрафіолетовому спектрі, а не в яскраво-синьому.
Читайте також: Вчені наблизилися до розуміння того, чому існує Всесвіт
Цікаво, що черенковское випромінювання аналогічно ефекту звукового удару. Наприклад, якщо літак в повітрі рухається повільніше швидкості звуку, то відхилення повітря навколо крил літака відбувається плавно. Однак якщо швидкість руху перевищує середню швидкість звуку, то відбувається раптова зміна тиску і ударні хвилі поширюються від літака в конусі зі швидкістю звуку.
Те, як саме з'являється випромінювання, детально перевіряли Вавилов, Черенков, Тамм і Франк. Так як в 1951 році Вавилова не стало, троє фізиків отримали Нобелівську премію сім років по тому. Завдяки їх роботі, сьогодні можна спостерігати випромінювання Вавилова-Черенкова практично де завгодно. При. умови, звичайно, що ви знаєте, куди дивитися.
Хочете бути в курсі останніх новин зі світу популярної науки і високих технологій? Підписуйтесь на наш канал в Telegram щоб не пропустити нічого цікавого!
Моторошний синє світло
Коли черенковское випромінювання проходить через воду, заряджені частинки рухаються швидше світла через цю середу. Таким чином, світло, який ви бачите, має більш високу частоту (або більш коротку довжину хвилі), ніж звичайна довжина хвилі. Оскільки в черенковський випромінюванні переважає світло з короткою довжиною хвилі, світіння здається синім. Це відбувається тому, що швидко рухається заряджена частинка збуджує електрони молекул води, які поглинають енергію і вивільняють її у вигляді фотонів світла, повертаючись до рівноваги. Зазвичай деякі з цих фотонів нейтралізують один одного (руйнівна інтерференція), так що свічення не видно. Але коли частинка рухається швидше, ніж світло може пройти через воду, ударна хвиля створює конструктивну інтерференцію, яку ми і бачимо як світіння.
Це цікаво: Як виглядає найменша частка у Всесвіті?
На щастя, випромінювання Вавилова-Черенкова можна використовувати не тільки для того, щоб вода в ядерній лабораторії світилася синім. Так, в реакторі басейнового типу кількість синього світіння може бути використано для вимірювання радіоактивності відпрацьованих паливних стрижнів. Випромінювання використовується в експериментах з фізики елементарних частинок - фізики сподіваються, що воно допоможе їм визначити природу досліджуваних частинок.
Більш того, черенковское випромінювання виникає, коли космічні промені і заряджені частинки взаємодіють з атмосферою Землі, тому для вимірювання цих явищ, виявлення нейтрино і вивчення випромінюють гамма-промені астрономічних об'єктів, наприклад залишки наднових, використовуються детектори.
Про те, за що вручили Нобелівську премію з фізики в 2020 році і чому вчені вважають, що до Великого вибуху існували інші всесвіти, я розповідала в цій статті.
Цікаво, що якщо релятивістські заряджені частинки вдаряють в склоподібне тіло людського ока, то можна побачити спалаху черенковского випромінювання, наприклад, від впливу космічних променів або в результаті ядерної аварії, так що краще, мабуть, утриматися від цього яскравого видовища.