Физический энциклопедический словарь - излучение(черенкова -- вавилова

характерно не только для жидкостей, но и для тв. тел и газов. Свечение, вызываемое -излучением, нек-рые учёные наблюдали и раньше (напр., франц. учёный М. Л. Малле, в 1926 — 1929 получивший фотографии его спектра). Однако оставалось непонятным то, что наблюдаемое излучение — новое, ещё не изучавшееся явление; не было установлено и наиб. характерное его св-во, обнаруженное Черенковым в 1936,— направленность под острым углом к скорости ч-цы.

Механизм Ч.— В. и. был выяснен в работе И. Е. Тамма и И. М. Франка (1937), содержавшей и количеств. теорию, основанную на ур-ниях классич. электродинамики. К тем же результатам привело и квант. рассмотрение (В. Л. Гинзбург, 1940).

Условие возникновения Ч.— В. и. и его направленность могут быть пояснены с помощью Гюйгенса принципа.

Рис. 1. Движение заряж. ч-цы в среде со скоростью v<u. Сферы 1, 2,3,4 — положение парциальных волн, испущенных ч-цей из точек А, В, С, D, соответственно.

Каждую точку (А, В, С, D на рис. 1 и 2) траектории заряж. ч-цы следует считать источником волны, возникающей в момент прохождения через неё ч-цы. В оптически изотропной среде такие парциальные волны будут сферическими, распространяющимися со скоростью u=c/n, где n — показатель преломления среды. Допустим, что ч-ца, двигаясь равномерно и

Рис. 2. Движение заряж. ч-цы в среде со скоростью v>u. Угол между направлениями волнового вектора возникающего излучения и скоростью ч-цы равен .

прямолинейно со скоростью v, в момент наблюдения находилась в точке Е. За время t до этого она проходила через точку A (AE=vt). Волна, испущенная из А, к моменту наблюдения представится сферой радиуса R=ut; на рис. 1 и 2 ей соответствует окружность 1, а волнам, испущенным из В, С, D,—

окружности 2, 3, 4. По принципу Гюйгенса в результате интерференции парциальные волны гасят друг друга всюду за исключением их общей огибающей, к-рой соответствует волн. поверхность света, распространяющегося в среде.

Пусть v < и (рис. 1), тогда световые волны будут обгонять ч-цу на тем большее расстояние, чем раньше они испущены. Общей огибающей парциальные волны при этом не имеют — все окружности 1, 2, 3, 4 лежат одна внутри другой; следовательно, электрич. заряд при равномерном и прямолинейном движении со скоростью v<u свет не излучает.

Если же ч-ца движется быстрее, чем распространяются световые волны, т. е. при

v>u = c/n, или n>1 (1)

(где =v/c), то соответствующие волнам сферы пересекаются (рис. 2), их общая огибающая (волновая поверхность) представляет собой конус с вершиной в точке Е, совпадающей с мгновенным положением ч-цы, а нормали к образующим конуса определяют волн. векторы, т. е. направления распространения света. Угол 6, к-рый составляет волн. вектор с направлением движения ч-цы (см. рис. 2), удовлетворяет отношению:

cos=u/v=c/nv=l/n. (2)

Такой же метод рассмотрения можно провести и для оптически анизотропной среды (в частности, для прозрачных кристаллов), в к-рой парциальные волны не явл. сферами. В этом случае обыкновенному и необыкновенному лучам будут соответствовать разные конусы и излучение будет возникать под разными углами 6 к направлению распространения ч-цы, согласно соотношению (2). Условие (1) для оптически анизотропных сред формулируется неск, иначе. Во всех случаях осн. ф-лы теории хорошо согласуются с опытом.

Расчёт показывает, что в оптически изотропной среде ч-ца с зарядом е, прошедшая расстояние в 1 см со скоростью v > и, излучает энергию:

(=2c/ — круговая частота света,  — дл. волны излучаемого света в вакууме). Подынтегральное выражение отражает распределение энергии в спектре Ч.— В. и.

В жидкостях и тв. в-вах условие (1) начинает выполняться для эл-нов уже при энергиях ~10⁵ эВ, для протонов, масса к-рых в ~2000 раз больше электронной,— при энергиях ~10⁸ эВ. На основе Ч.— В. и. разработаны широко применяемые эксперим. методы для регистрации ч-ц высоких энергий, измерения их скорости. Приборы, применяемые для этой цели, наз. черенковскими счётчиками. Эти методы

850

позволяют также рассчитывать массу ч-ц (это, напр., было использовано при открытии антипротона).

Ч.— В. и. может наблюдаться в чистом виде только в идеальных случаях, когда заряж. ч-ца движется с пост. скоростью в радиаторе неогранич. длины. В тонком радиаторе, удовлетворяющем условию (1), Ч.— В. и. неотделимо от переходного излучения, возникающего при пересечении ч-цей границы раздела 2 сред с разными коэфф. преломления.

В 1940 Э. Ферми обобщил теорию Ч.— В. и., приняв во внимание, что реальная среда обладает способностью поглощать свет по крайней мере в нек-рых областях спектра. Полученные им результаты внесли существ. уточнения в теорию ионизац. потерь заряж. ч-цами (эффект поляризации среды).

Ч.— В. и. явл. примером оптики «сверхсветовых» скоростей и имеет принципиальное значение. Ч.— В. и. экспериментально и теоретически изучено не только в оптически изотропных средах, но и в кристаллах, теоретически рассмотрено излучение электрич. и магн. диполей и мультиполей. Ожидаемые св-ва излучения движущегося магн. заряда были использованы для поисков магнитного монополя. Рассмотрено излучение ч-цы в канале внутри среды (напр., излучение пучка ч-ц внутри волновода) и др. Новые особенности приобретает Доплера эффект в среде: появляются т. н. аномальный и сложный Доплера эффекты. Можно полагать, что всякая система ч-ц, способная взаимодействовать с эл.-магн. полем, будет излучать свет за счёт своей кинетич. энергии, если её скорость превышает фазовую скорость света.

Теор. представления, лежащие в основе Ч.— В. и., тесно связаны с др. явлениями, имеющими важное значение в совр. физике (волны Маха в акустике, вопросы устойчивости движения ч-ц в плазме и генерации в ней волн, нек-рые проблемы теории ускорителей, а также генерация и усиление эл.-магн. волн).

• Черенков П. А., Видимое свечение чистых жидкостей под действием -радиации. «Доклады АН СССР», 1934, т. 2, в. 8, с. 451—57; Вавилов С. И., О возможных причинах синего -свечения жидкостей, там же с. 457—61; Тамм И. Е., Франк И.М., Когерентное излучение быстрого электрона в среде, там же, 1937, т. 14, в. 3, с. 107— 112; Черенков П. А., Т а м м И. Е., Франк И. М., Нобелевские лекции, М., 1960; Джелли Дж., Черенковское излучение и его применения, пер. с англ., М., 1960; 3 р е л о в В. П., Излучение Вавилова — Черенкова и его применение в физике высоких энергий, т. 1—2, М., 1968.

И. М. Франк.