az Idaho Nemzeti Laboratórium fejlett Tesztreaktor magja nem világít kéken, mert vannak ilyenek… kék fények vesznek részt, hanem azért, mert ez egy atomreaktor, amely relativisztikus, töltött részecskéket termel, amelyeket víz vesz körül. Amikor a részecskék áthaladnak azon a vízen, meghaladják a közeg fénysebességét, aminek következtében Cserenkov-sugárzást bocsátanak ki, amely izzó kék fényként jelenik meg.
Argonne Nemzeti Laboratórium
semmi sem tud gyorsabban mozogni, mint a fénysebesség. Amikor Einstein bemutatta relativitáselméletét, ez volt az ő sérthetetlen posztulátuma: hogy létezik egy végső kozmikus sebességkorlátozás, amelyet csak tömeg nélküli részecskék érhetnek el. Minden hatalmas részecske csak megközelítheti, de soha nem érheti el. Einstein szerint a fénysebesség minden megfigyelő számára azonos volt minden referenciakeretben, és egyetlen anyagforma sem érte el azt.
de Einstein ezen értelmezése kihagy egy fontos figyelmeztetést: mindez csak a tisztán, tökéletesen üres tér vákuumában igaz. Bármilyen típusú közegen keresztül-legyen az Levegő, víz, üveg, akril, vagy bármilyen gáz, folyadék vagy szilárd — a fény mérhetően lassabb sebességgel halad. Az energetikai részecskék viszont csak lassabban haladnak, mint a vákuumban lévő fény, a közegben nem. A természet ezen tulajdonságának kihasználásával valóban gyorsabban haladhatunk, mint a fény.
a nap által kibocsátott fény pontosan 299 792 458 m/s sebességgel halad át a tér vákuumán: az… végső kozmikus sebességkorlátozás. Amint azonban ez a fény egy közegbe ütközik, beleértve a Föld légkörét is, ezek a fotonok sebessége csökken, mivel csak a fénysebességgel mozognak ezen a közegen keresztül. Míg egyetlen hatalmas részecske sem képes elérni a fénysebességet vákuumban, könnyen elérheti vagy akár meghaladhatja a fénysebességet egy közegben.
Fjodor Jurcsikhin / orosz űrügynökség
Képzeljen el egy fénysugarat, amely közvetlenül a naptól távolodik. A tér vákuumában, ha nincsenek részecskék vagy anyag, valóban a végső kozmikus sebességkorlátozással fog haladni, c: 299,792,458 m / s, a fény sebessége vákuumban. Bár az emberiség rendkívül energikus részecskéket hozott létre ütközőkben és gyorsítókban — és még energikusabb részecskéket észlelt extragalaktikus forrásokból – tudjuk, hogy ezt a határt nem tudjuk átlépni.
az LHC-nél a gyorsított protonok akár 299 792 455 m/s sebességet is elérhetnek, mindössze 3 m/s-mal a fénysebesség alatt. A LEP-nél, amely protonok helyett elektronokat és pozitronokat gyorsított fel ugyanabban a CERN-alagútban, amelyet most az LHC foglal el, a legnagyobb részecskesebesség 299 792 457 volt.9964 m / s, ami a valaha létrehozott leggyorsabb gyorsított részecske. A legnagyobb energiájú kozmikus sugár rendkívüli sebességgel, 299,792,457.99999999999918 m/s sebességgel érkezik, ami egy fotonnal versenyezne az Andromédával szemben, és csak hat másodperccel térne vissza.
minden tömeg nélküli részecske fénysebességgel halad, de a fénysebesség attól függően változik… akár vákuumban, akár közegben utazik. Ha a valaha felfedezett legnagyobb energiájú kozmikus sugár részecskével versenyeznénk egy fotonnal az Androméda galaxisba és vissza, ~5 millió fényévnyi utazással, a részecske körülbelül 6 másodperccel veszítené el a versenyt.
NASA / Sonoma Állami Egyetem / Aurore Simonnet
az anyagrészecskéket vákuumban nagyon közel tudjuk gyorsítani a fénysebességhez, de soha nem tudjuk elérni vagy meghaladni. Ez azonban nem azt jelenti, hogy soha nem mehetünk gyorsabban a fénynél; ez csak azt jelenti, hogy vákuumban nem mehetünk gyorsabban a fénynél. Egy médiumban a történet rendkívül más.
ezt saját maga is láthatja, ha áthalad egy napfény sugarán, amely a Földet egy prizmán keresztül érinti. Míg a levegőben mozgó fény olyan sebességgel haladhat, amely olyan közel van a fénysebességhez vákuumban, hogy távozása észrevehetetlen, a prizmán keresztüli fény egyértelműen meghajlik. Ennek oka az a tény, hogy a fénysebesség sűrűbb közegben jelentősen csökken: vízben csak ~225 000 000 m/s, koronaüvegben pedig csak 197 000 000 m/s. Ez a lassú sebesség, különféle természetvédelmi törvényekkel kombinálva, biztosítja, hogy a fény mind kanyarodjon, mind szétszóródjon egy közegben.
a fehér fény viselkedése, amikor áthalad egy prizmán, megmutatja, hogy a fény mennyire különbözik… az energiák különböző sebességgel mozognak egy közegen keresztül, de nem vákuumon keresztül. Newton volt az első, aki megmagyarázta a visszaverődést, a fénytörést, az abszorpciót és az átvitelt, valamint a fehér fény különböző színekre való felbomlásának képességét.
Iowai Egyetem
ez a tulajdonság csodálatos előrejelzéshez vezet: az a lehetőség, hogy gyorsabban tudsz mozogni, mint a fény, mindaddig, amíg olyan közegben vagy, ahol a fénysebesség vákuumban a fénysebesség alatt van. Például sok nukleáris folyamat egy töltött részecske — például egy elektron-kibocsátását okozza fúzió, hasadás vagy radioaktív bomlás révén. Bár ezek a töltött részecskék energikusak és gyorsan mozognak, soha nem tudják elérni a fénysebességet vákuumban.
de ha átengedjük ezt a részecskét egy közegen, még akkor is, ha ez olyan egyszerű, mint a víz, hirtelen azt fogja tapasztalni, hogy gyorsabban mozog, mint az abban a közegben lévő fénysebesség. Mindaddig, amíg ez a közeg anyagrészecskékből áll, és a fénynél gyorsabb részecske töltődik, a sugárzás egy speciális formáját bocsátja ki, amely erre a konfigurációra jellemző: a (ejtsd: Cherenkov) sugárzást.
Reaktor nukleáris kísérleti RA-6 (Republica Argentina 6), en marcha, bemutatva a jellemzőt… Cherenkov sugárzás a kibocsátott fénynél gyorsabb vízben lévő részecskékből. A Pauli által először 1930-ban feltételezett neutrínókat (vagy pontosabban antineutrinókat) egy hasonló atomreaktorból fedezték fel 1956-ban. A Modern kísérletek továbbra is megfigyelik a neutrínóhiányt, de keményen dolgoznak annak számszerűsítésén, mint még soha, míg a Cserenkov-sugárzás kimutatása forradalmasította a részecskefizikát.
Centro Atomico Bariloche, Via Pieck Daraconno
a Periferenkov-sugárzás jellemzően kék fényként jelenik meg, és akkor bocsát ki, amikor egy töltött részecske gyorsabban halad, mint a fény egy adott közegben. Leggyakrabban, mint fent, az atomreaktorokat körülvevő vízben látható. A belső reakciók nagy energiájú részecskék kibocsátását okozzák, amelyek gyorsabban mozognak, mint a fény a vízben, de jelentős mennyiségű víz veszi körül a reaktort annak érdekében, hogy megvédje a külső környezetet a káros sugárzástól.
ez rendkívül hatékony! Vannak elektromágneses kölcsönhatások, amelyek a mozgásban lévő töltött részecske és a közeget alkotó (töltött) részecskék között fordulnak elő, és ezek a kölcsönhatások okozzák, hogy az utazó részecske egy adott energia sugárzását bocsátja ki minden megengedett irányban: sugárirányban kifelé, merőlegesen a mozgás irányára.
ez az animáció bemutatja, mi történik, ha egy relativisztikus, töltött részecske gyorsabban mozog, mint a fény… egy közegben. A kölcsönhatások hatására a részecske egy Cserenkov-sugárzásnak nevezett sugárzási kúpot bocsát ki, amely a beeső részecske sebességétől és energiájától függ. A sugárzás tulajdonságainak kimutatása rendkívül hasznos és széles körben elterjedt technika a kísérleti részecskefizikában.
vlastni dilo / H. Seldon / közkincs
de mivel a sugárzást kibocsátó részecske mozgásban van, és mivel olyan gyorsan mozog, az összes kibocsátott foton felerősödik. Ahelyett, hogy egy fotongyűrűt kapna, amely egyszerűen kifelé mozog, ez a részecske — gyorsabban mozog, mint a fény abban a közegben, amelyen áthalad — sugárzási kúpot bocsát ki, amely ugyanabban a mozgásirányban halad, mint az azt kibocsátó részecske.
a ons sugárzás csak két tényező által meghatározott szögben jön ki:
- a részecske sebessége (vparticle, gyorsabb, mint a fény a közegben, de lassabb, mint a fény a vákuumban),
- és a fény sebessége a közegben (vlight).
valójában a képlet nagyon egyszerű: 6 = cos-1 (vlight/vparticle). Egyszerű angol nyelven ez azt jelenti, hogy az a szög, amelyen a fény kialszik, a két sebesség arányának inverz koszinusza, a közegben lévő fénysebesség a részecske sebességéhez.
a Super Kamiokande vízzel töltött tartálya, amely az élettartam legszigorúbb korlátait határozta meg… a proton. Ez a hatalmas tartály nemcsak folyadékkal van feltöltve, hanem fotomultiplikátor csövekkel is bélelt. Amikor kölcsönhatás lép fel, mint például neutrínó sztrájk, radioaktív bomlás vagy (elméletileg) protonbomlás, Cserenkov fény keletkezik, és kimutatható a fotomultiplikátor csövekkel, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy rekonstruáljuk a részecske tulajdonságait és eredetét.
Icrr, Kamioka Obszervatórium, Tokiói Egyetem
van néhány fontos dolog, amit észre kell venni a ons sugárzásról. Az első az, hogy energiát és lendületet is hordoz, aminek szükségszerűen abból a részecskéből kell származnia, amely gyorsabban mozog, mint a fény a közegben. Ez azt jelenti, hogy a részecskék, amelyek bocsátanak ki a sugárzást, lassulnak a kibocsátás miatt.
a második az, hogy az a szög, amelynél az ONS sugárzást bocsátják ki, lehetővé teszi számunkra, hogy meghatározzuk az emissziót okozó részecske sebességét. Ha meg tudjuk mérni az egy adott részecskéből származó 6cerenkov fényt, akkor rekonstruálhatjuk a részecske tulajdonságait. Ez a gyakorlatban úgy működik, hogy egy nagy anyagtartályt állíthat be fotomultiplikátor csövekkel (amelyek képesek az egyes fotonok detektálására), amelyek a szélét szegélyezik, és a detektált Periferenkov-sugárzás lehetővé teszi a bejövő részecske tulajdonságainak rekonstruálását, beleértve azt is, hogy honnan származik a detektorból.
neutrínó esemény, azonosítható a cerenkov-sugárzás gyűrűivel, amelyek a… a detektor falait bélelő fotomultiplikátor csövek bemutatják a neutrínócsillagászat sikeres módszertanát, és kihasználják a Cserenkov-sugárzás használatát. Ez a kép több eseményt mutat, és része annak a kísérletsorozatnak, amely előkészíti az utat a neutrínók jobb megértéséhez.
Super Kamiokande együttműködés
érdekes, hogy az e-mail-sugárzást még Einstein relativitáselmélete előtt elméletbe foglalták, ahol a homályban sínylődött. Oliver Heaviside matematikus 1888-9-ben megjósolta, Arnold Sommerfeld (aki segített a hidrogénatom kvantálásában) pedig 1904-ben. De Einstein 1905-ös Speciális relativitáselméletének megjelenésével senkit sem érdekelt annyira ez a gondolatmenet, hogy újra felvegye. Még akkor is, amikor Marie Curie koncentrált rádiumoldatban (1910-ben) megfigyelte a kék fényt, nem vizsgálta annak eredetét.
ehelyett egy fiatal kutatóra esett, Pavel Xhamerenkovra, aki a nehéz elemek lumineszcenciáján dolgozott. Amikor gerjesztünk egy elemet, annak elektronjai spontán módon de-excitálnak, lépcsőzetesen lefelé haladva az energiaszinten, és fényt bocsátanak ki, mint ők. Amit Dzserenkov észrevett, majd megvizsgált, az a kék fény volt, amely nem csak ebbe a keretbe illeszkedett. Valami másról volt szó.
kozmikus sugarak, amelyek rendkívül nagy energiájú részecskék, amelyek az egész univerzumból származnak, sztrájkolnak… a felső légkörben lévő protonok új részecskék záporait eredményezik. A gyorsan mozgó töltött részecskék a Cserenkov-sugárzás miatt is fényt bocsátanak ki, mivel gyorsabban mozognak, mint a Föld légkörében a fénysebesség. Jelenleg távcső tömböket építenek és bővítenek, hogy közvetlenül észleljék ezt a Cherenkov fényt.
Simon Swordy (U. Chicago), NASA
6serenkov radioaktivitásban gazdag vizes oldatokat készített, és észrevette ezt a jellegzetes kék fényt. Ha van egy fluoreszcens jelenség, amikor az elektronok gerjesztésmentesek és látható sugárzást bocsátanak ki, akkor ez a sugárzás izotróp: minden irányban azonos. De a vízben lévő radioaktív forrással a sugárzás nem izotróp volt, hanem kúpokban jött ki. Ezek a kúpok később kimutatták, hogy megfelelnek a kibocsátott töltött részecskéknek. A sugárzás új formáját, amelyet még nem értettek meg 1934-ben, ezért úgy nevezték el, hogy a sugárzást Maiscerenkov 1934-es felfedezésének idején, Maiscerenkov sugárzásnak nevezték el.
három évvel később, a ons elméleti munkatársai, Igor Tamm és Ilja Frank sikeresen leírták ezeket a hatásokat a relativitáselmélet és az elektromágnesesség összefüggésében, aminek következtében a (Z) ons detektorok hasznos és standard technikává váltak a kísérleti részecskefizikában. Hárman 1958-ban megosztották a fizikai Nobel-díjat.
1958-ban a fizikai Nobel-díjat annak a három személynek ítélték oda, akik elsősorban felelősek… a kibocsátott sugárzás kísérleti és elméleti tulajdonságainak feltárása, amikor a töltött részecskék gyorsabban mozognak, mint a fény egy közegben. A kék fény, amely ma is ismert, mint a ons sugárzás, még ma is óriási alkalmazásokkal rendelkezik a fizikában.
Nobel Media AB 2019
a Serenkov-sugárzás olyan figyelemre méltó jelenség, hogy amikor az első elektronok felgyorsultak az Egyesült Államok részecskefizikájának korai napjaiban, a fizikusok becsukták az egyik szemüket, és abba az útba helyezték, ahol az elektronnyalábnak kellett volna lennie. Ha a fénysugár be lenne kapcsolva, az elektronok a fizikus szemgolyójának vizes környezetében 6cerenkov sugárzást produkálnának, és ezek a fényvillanások azt jeleznék, hogy relativisztikus elektronok keletkeztek. Miután a sugárzás emberi testre gyakorolt hatása jobban megértésre került, biztonsági óvintézkedéseket vezettek be annak megakadályozására, hogy a fizikusok megmérgezzék magukat.
de a mögöttes jelenség ugyanaz, nem számít, hová megy: egy töltött részecske, amely gyorsabban mozog, mint a fény egy közegben, kék sugárzást bocsát ki, lelassul, miközben információkat tár fel energiájáról és lendületéről. Még mindig nem tudja megtörni a végső kozmikus sebességkorlátozást, de hacsak nem valódi, tökéletes vákuumban van, mindig gyorsabban haladhat, mint a fény. Csak elegendő energiára van szüksége.