💙 Недавно @Nicklusive и другие читатели прислали мне новость о прошедшей в Питере выставке, посвященной 80-летию отечественной атомной промышленности. Одна из инсталляций — "Quantum Pulse" (англ. "Квантовый импульс") — представляла собой бледно-синий световой конус и, по словам организаторов, "была вдохновлена излучением Вавилова-Черенкова". Давайте разберёмся, что это такое, при чём здесь атомная энергетика и наш любимый город.

😱 Начнём с жутковатого. Посмотрите, как выглядит запуск ядерного реактора — таинственное голубоватое свечение в нём вызвано как раз рассматриваемым эффектом. Это излучение испускает вода (и другие прозрачные жидкости и твёрдые тела) под действием гамма-излучения (электромагнитных волн с очень высокой энергией и частотой).

👨🏻‍🔬Символично, что инсталляция размещена именно на Ваське! Ведь экспериментами с этом необычным эффектом в 1934 году занялся великий советский физик Сергей Иванович Вавилов (младший брат не менее известного генетика) вместе со своим аспирантом П.А. Черенковым в Государственном оптическом институте (ГОИ), комплекс зданий которого расположен между Тучковым переулком и Биржевой линией. Теоретическое объяснение эффекта было дано И. Е. Таммом и И. М. Франком в 1937 году. За эти работы в 1958, уже после смерти Вавилова, остальные трое были удостоены Нобелевской премии. 🥇

Что же необычного в этом свечении?
🌚 Оно не могло быть тепловым излучением, вызванным колебаниями атомов вещества, потому что его спектр, в отличие от абсолютно чёрного тела, слабо зависел от температуры и химического состава.
🕯 Но не было это и люминесценцией (один из видов мы обсуждали тут), потому что его свойства иначе зависели от температуры и наличия примесей.
Вавилов сделал правильный вывод — перед нами принципиально иной физический эффект!

И как он возникает?
1️⃣ Гамма-излучение выбивает электроны из атомов (например, благодаря фотоэффекту)
2️⃣ Эти быстрые электроны летят через вещество со скоростью света (C) и своим полем возбуждают колебания электронных оболочек атомов среды
3️⃣ Электроны в атомах возвращаются в основное ("спокойное") состояние, излучая фотоны, которые движутся в среде медленнее, чем быстрый электрон — со скоростью C/N, где N — показатель преломления (например, у воды N = 1,33)
4️⃣ Поскольку свободный электрон движется в среде быстрее, чем оптические волны, они не поспевают за ним, и позади него возникает конус света подобно тому, как за сверхзвуковым самолётом — ударная звуковая волна.
Коническая форма в обоих случаях связана с тем, что именно для этого случая волны, испущенные из разных точек, при встрече усиливают друг друга (геометрия расписана тут)

👩‍⚕️ Излучение Вавилова-Черенкова нашло множество применений в ядерной физике и медицине (ориентируясь на него, врачи точнее направляют аппараты при лучевой терапии).
🐠 Кроме того, оно ловко (хотя и тускло) освещает жизнь глубоководным рыбам! На дне океана быстрые электроны испускает радиоактивный изотоп кальция. Поэтому, хотя туда и не проникает солнечный свет, обитатели глубин сохранили зрение.

#Оптика #ОтПодписчиков

Ловко? Подписывайтесь!