アイダホ国立研究所の高度なテスト炉心は、何かがあるので青く輝いていません。.. 青い光が関与していますが、むしろこれは水に囲まれた相対論的な荷電粒子を生成する原子炉であるためです。 粒子がその水を通過すると、それらはその媒体中の光の速度を超え、この輝く青色の光として現れるチェレンコフ放射を放出する。
アルゴンヌ国立研究所
何も光の速度よりも速く移動することはできません。 アインシュタインが相対性理論を述べたとき、これは彼の不可侵の仮定でした：究極の宇宙の速度制限があり、質量のない粒子だけがそれを達成す すべての巨大な粒子はそれに近づくことができましたが、決してそれに到達しませんでした。 アインシュタインによると、光の速度は、すべての参照フレーム内のすべての観測者にとって同じであり、物質の形はそれを達成することはできませんでした。
しかし、アインシュタインのこの解釈は重要な注意点を省略しています: このすべては、純粋に、完全に空の空間の真空中でのみ真実です。 空気、水、ガラス、アクリル、気体、液体、固体など、あらゆる種類の媒体を介して、光は測定可能なほど遅い速度で移動します。 一方、高エネルギー粒子は、媒体中の光ではなく、真空中の光よりも遅く移動するためにのみバインドされています。 この自然の特性を活用することで、私たちは本当に光よりも速く行くことができます。
太陽から放出された光は、正確に299,792,458m/sの空間の真空を通過します。.. 究極の宇宙の速度制限。 しかし、その光が媒体に当たるとすぐに、地球の大気のようなものを含めて、それらの光子はその媒体を通る光の速度でのみ移動するので、速度が低下 巨大な粒子は真空中で光の速度を達成することはできませんが、媒体中の光の速度を容易に達成したり、それを超えることさえできます。
フョードル-ユルチヒン/ロシア宇宙機関
太陽から直接離れて移動する光線を想像してみてください。 宇宙の真空中では、粒子や物質が存在しない場合、それは実際に究極の宇宙の制限速度、cで移動します: 299,792,458m/s、真空中の光の速度。 人類はコライダーや加速器で非常にエネルギーの高い粒子を生成し、銀河外の源から来るさらにエネルギーの高い粒子を検出しましたが、この限界を破
lhcでは、加速された陽子は299,792,455m/sまでの速度に達することができ、光速よりわずか3m/s下にあります。 LHCが現在占有しているのと同じCERNトンネル内で陽子の代わりに電子と陽電子を加速したLEPでは、最高粒子速度は299,792,457でした。これまでに作成された最速の加速粒子である9964m/s。 そして、最高エネルギーの宇宙線は、299,792,457.999999999999918m/sの驚異的な速度で時計をつけ、アンドロメダに光子でレースを失い、わずか6秒で戻ってくるでしょう。
すべての質量のない粒子は光の速度で移動しますが、光の速度はそれに応じて変化します。.. それは真空または媒体を通って移動しているかどうか。 これまでに発見された最高エネルギーの宇宙線粒子をアンドロメダ銀河に光子でレースし、500万光年の旅をすると、粒子は約6秒でレースを失います。
NASA/ソノマ州立大学/オーローレ-シモネット
私たちは、真空中で光の速度に非常に近い物質粒子を加速することができますが、それに到達したり超えたりすることはできません。 しかし、これは私たちが光よりも速く行くことができないという意味ではありません。 媒体では、物語は非常に異なっています。
地球に当たる太陽光線をプリズムを通して通過させることで、これを自分で見ることができます。 空気中を移動する光は、真空中の光の速度に非常に近い速度で移動している可能性がありますが、その出発は知覚できませんが、プリズムを通る光は明 これは、光の速度が密度の高い媒体で大幅に低下するという事実によるものです：水中では約225,000,000m/s、クラウンガラスではわずか197,000,000m/sです。 この低速は、さまざまな保存則と組み合わせることで、光が媒体中で曲がり、分散することを保証します。
それはプリズムを通過するように白色光の挙動は、どのように異なるの光を示しています。.. エネルギーは媒体を介して異なる速度で移動しますが、真空を介しては移動しません。 ニュートンは、反射、屈折、吸収および透過、ならびに白色光が異なる色に分割する能力を説明した最初の人物であった。
アイオワ大学
このプロパティは、驚くべき予測につながります: あなたが光の速度が真空中の光の速度を下回っている媒体にいる限り、あなたは光よりも速く動くことができる可能性。 例えば、多くの核プロセスは、核融合、核分裂、または放射性崩壊を介して、電子などの荷電粒子の放出を引き起こす。 これらの荷電粒子はエネルギッシュで動きが速いかもしれませんが、真空中では決して光の速度に達することはできません。
しかし、その粒子を媒質に通すと、たとえそれが水のような単純なものであっても、その媒質の光速よりも速く動いていることが突然わかります。 その媒体が物質粒子で構成され、光よりも速い粒子が帯電している限り、それはこの配置の特徴である特別な形態の放射を放出する：シェレンコフ（発音されたチェレンコフ）放射。
原子炉核実験RA-6（Republica Argentina6）、en marchaは、特性を示しています。.. 水の中の光よりも速い粒子からのチェレンコフ放射が放出された。 1930年にパウリによって最初に仮定されたニュートリノ（またはより正確には反ニュートリノ）は、1956年に同様の原子炉から検出された。 現代の実験はニュートリノの欠乏を観察し続けていますが、チェレンコフ放射の検出は素粒子物理学に革命をもたらした一方で、これまでにないようにそれを定量化するために懸命に働いています。
セントロ-アトミコ-バリローチェ、ビア-ピックダリオ
シェレンコフ放射は特徴的に青色の輝きとして現れ、荷電粒子が特定の媒質中の光よりも速く移動するたびに放出される。 これは、原子炉を取り巻く水の中で、上記のように、最も一般的に見られています。 内部の反応は、水中の光よりも速く動く高エネルギー粒子の放出を引き起こすが、有害な放射線の放出から外部環境を保護するために、かなりの量の水が反応器を取り囲む。
これは非常に効果的です！ 運動中の荷電粒子とそれが通過している媒体を構成する（荷電）粒子との間に起こる電磁相互作用があり、それらの相互作用は、移動粒子がすべての許容
このアニメーションは、相対論的な荷電粒子が光よりも速く動くときに何が起こるかを紹介しています。.. 媒体で。 この相互作用により、粒子はチェレンコフ放射として知られる円錐状の放射を放出し、これは入射粒子の速度とエネルギーに依存する。 この放射線の特性を検出することは、実験素粒子物理学において非常に有用で広範な技術である。
vlastni dilo/H.Seldon/パブリックドメイン
しかし、放射を放出する粒子は動いているので、そしてそれが非常に速く動いているので、それらの放出された光子のすべては昇圧されようとしてい 単に外側に移動する光子の輪を得るのではなく、この粒子は、それが通過する媒体中の光よりも速く移動し、それを放出する粒子と同じ運動方向に移動する放射の円錐を放出する。
シェレンコフ放射は二つの要因だけで定義された角度で出てくる:
- 粒子の速度（vparticle、媒質中の光よりも速いが真空中の光よりも遅い）、
- および媒質中の光の速度（vlight）。
実際には、式は本当に簡単です: θ=cos-1(vlight/vparticle). 平易な英語では、これは、光がオフになる角度が、それらの2つの速度の比、媒体中の光の速度と粒子の速度の逆余弦であることを意味します。
寿命に最も厳しい制限を設定しているスーパーカミオカンデの水で満たされたタンク。.. プロトンの。 この巨大なタンクは、液体で満たされているだけでなく、光電子増倍管で裏打ちされています。 ニュートリノの衝突、放射性崩壊、（理論的には）陽子崩壊などの相互作用が起こると、チェレンコフ光が生成され、粒子の特性と起源を再構築することを可能にする光電子増倍管によって検出することができる。
東京大学神岡観測所ICRR
シェレンコフ放射線について注意すべき重要なことがいくつかあります。 第一は、それがエネルギーと運動量の両方を運ぶということです、それは必然的に媒体中の光よりも速く動いている粒子から来なければなりません。 これは、シュレンコフ放射を放出する粒子は、その放出のために遅くなることを意味する。
二つ目は、シェレンコフ放射が放出される角度によって、放出を引き起こした粒子の速度を決定することができるということです。 特定の粒子から発生するシェレンコフ光を測定できる場合は、その粒子の特性を再構築できます。 これが実際に機能する方法は、エッジを覆う光電子増倍管（個々の光子を検出することができる）を備えた材料の大きなタンクを設定することができ、検出されたČerenkov放射により、検出器の起源を含む入ってくる粒子の特性を再構築することができるということです。
に沿って現れるCerenkov放射のリングによって識別可能なニュートリノイベント。.. 検出器の壁を覆う光電子増倍管は、ニュートリノ天文学の成功した方法論を紹介し、チェレンコフ放射の使用を活用しています。 この画像は、複数のイベントを示しており、ニュートリノのより大きな理解に私たちの道を舗装実験のスイートの一部です。
スーパーカミオカンデコラボ
興味深いことに、シェレンコフ放射はアインシュタインの相対性理論の前でさえも理論化されていました。 数学者のオリバー-ヘヴィサイドは1888年9月にそれを予測し、1904年に独立してアルノルト-ゾンマーフェルト（水素原子の量子化を助けた）がそれを行った。 しかし、アインシュタインの1905年の特殊相対性理論の出現で、誰もそれを再び拾うために思考のこのラインに十分に興味がありませんでした。 マリー-キュリーが濃縮ラジウム溶液中で青色光を観察した（1910年）ときでさえ、彼女はその起源を調査しなかった。
代わりに、それは重元素の発光に取り組んでいたPavel Čerenkovという若い研究者に落ちました。 あなたが要素を励起すると、その電子は自発的にエネルギーレベルでカスケードダウンし、彼らがそうであるように光を放出し、脱励起します。 チェレンコフが気づいて調査したのは、この枠組みの中にのみ収まらない青色の光でした。 何か他のものが遊んでいた。
宇宙のいたるところから発生する超高エネルギー粒子である宇宙線が衝突します。.. 上層大気中の陽子と新しい粒子のシャワーを生成します。 彼らは地球の大気中の光の速度よりも速く移動するように、高速移動荷電粒子はまた、チェレンコフ放射のために光を放出します。 現在、このチェレンコフ光を直接検出するために望遠鏡アレイが構築され、拡張されています。
サイモン-ソウディ（米シカゴ）、米航空宇宙局（NASA）
シェレンコフは放射能が豊富な水溶液を調製し、その特徴的な青色光に気づいた。 電子が脱励起して可視放射を放出する蛍光現象がある場合、その放射は等方性であり、すべての方向で同じです。 しかし、水中の放射性源では、放射線は等方性ではなく、むしろ円錐状に出てきました。 これらの円錐は後に放出された荷電粒子に対応することが示された。 1934年のシェレンコフの発見時にはあまり理解されていなかった新しい形の放射線は、そのためシェレンコフ放射線と命名された。
3年後、チェレンコフの理論的同僚イゴール-タムとイリヤ-フランクは相対性理論と電磁気学の文脈の中でこれらの効果を記述することに成功し、チェレンコフ検出器は実験素粒子物理学において有用で標準的な技術となった。 1958年にノーベル物理学賞を受賞した。
1958年には、ノーベル物理学賞は、主に責任を負う三つの個人に授与されました。.. 荷電粒子が媒質中の光よりも速く移動するときに放出される放射の実験的および理論的性質を明らかにする。 今日ではシェレンコフ放射として知られている青色の輝きは、今日でも物理学に大きな応用を持っています。
2019
シェレンコフ放射は、米国の素粒子物理学の初期に最初に電子が加速したとき、物理学者が片目を閉じて電子ビームがあったはずの道に置くほどの顕著な現象である。 ビームがオンになっていれば、電子は物理学者の眼球の水環境でシェレンコフ放射を生成し、それらの光の点滅は相対論的電子が生成されていることを示すであろう。 人体への放射線の影響がよりよく理解されるようになると、物理学者が自分自身を中毒させるのを防ぐために安全上の注意が払われました。
しかし、根本的な現象はどこに行っても同じです: 媒体中の光の動きよりも速く動く荷電粒子は、青色の放射の円錐を放出し、そのエネルギーと運動量に関する情報を明らかにしながら減速する。 あなたはまだ究極の宇宙の速度制限を破ることはできませんが、あなたが真の、完璧な真空にいない限り、あなたは常に光よりも速く行くことがで 必要なのは十分なエネルギーだけです。