이것은 물리학자들이 입자를 속여 빛보다 더 빨리 가는 방법입니다

빛의 속도보다 빠르게 움직일 수 있는 것은 없다. 아인슈타인이 자신의 상대성 이론을 제시했을 때,이것은 그의 불가침 한 가정이었습니다:궁극적 인 우주 속도 제한이 있었고 질량이없는 입자 만이 그것을 달성 할 수 있다는 것입니다. 모든 거대한 입자는 그것에 접근 할 수 있었지만 결코 도달하지 못했습니다. 아인슈타인에 따르면,빛의 속도는 모든 기준 틀에서 모든 관찰자에게 동일했으며,어떤 형태의 물질도 그것을 달성 할 수 없었다.

그러나 아인슈타인에 대한이 해석은 중요한 경고를 생략한다.: 이 모든 것은 순수하고 완벽하게 빈 공간의 진공 상태에서만 사실입니다. 공기,물,유리,아크릴 또는 가스,액체 또는 고체 등 모든 유형의 매체를 통해 빛이 훨씬 느린 속도로 이동합니다. 정력적인 입자는,다른 한편으로는,진공에 있는 빛 보다는 더 느리게,매체에서 빛 아닙니다 여행하기 위하여 단지 바운스된다. 이 자연의 속성을 활용함으로써 우리는 진정으로 빛보다 더 빨리 갈 수 있습니다.

태양으로부터 직접 멀리 이동하는 빛의 광선을 상상해보십시오. 공간의 진공 상태에서,입자나 물질이 존재하지 않는다면,그것은 정말로 궁극적인 우주 속도 한계로 여행할 것이다.: 299,792,458 미터/초,진공 상태에서 빛의 속도. 인류는 충돌기와 가속기에서 극도로 정력적인 입자를 생성했으며 은하 외 소스에서 오는 더 정력적인 입자를 감지했지만 우리는이 한계를 깨뜨릴 수 없다는 것을 알고 있습니다.

가속 양성자는 최대 299,792,455 미터/초의 속도에 도달 할 수 있습니다. 에 LEP,는 가속화된 전자와 양전자 대신에 양성자에서 같은 CERN 터널 LHC 이 차지하고,정상 입자의 속도가 299,792,457.9964 미터/초,이는 지금까지 생성 된 가장 빠른 가속 입자입니다. 그리고 가장 높은 에너지 우주 광선은 299,792,457.9999999999999999999999999999999 의 놀라운 속도로 시계합니다.

우리는 진공 상태에서 빛의 속도에 매우 가까운 물질 입자를 가속화 할 수 있지만 결코 도달하거나 초과 할 수 없습니다. 그러나 이것은 우리가 빛보다 더 빨리 갈 수 없다는 것을 의미하지는 않습니다;그것은 단지 우리가 진공 상태에서 빛보다 더 빨리 갈 수 없다는 것을 의미합니다. 매체에서,이야기는 매우 다르다.

당신은 프리즘을 통해 지구를 치는 햇빛의 광선을 통과하여 자신을 위해 이것을 볼 수 있습니다. 공기를 통해 움직이는 빛이 진공에서 빛의 속도에 너무 가까운 속도로 여행 할 수 있지만 그 출발은 지각 할 수 없으며 프리즘을 통한 빛은 분명히 구부러집니다. 물 속에는 225,000,000 미터,크라운 유리 속에는 197,000,000 미터 정도입니다. 이 느린 속도는 다양한 보존 법칙과 결합하여 빛이 매체에 구부러지고 분산되도록합니다.

이 속성은 놀라운 예측으로 이어집니다: 빛의 속도가 진공 상태에서 빛의 속도보다 낮은 매체에있는 한 빛보다 빠르게 움직일 수 있습니다. 예를 들어,많은 핵 과정은 융합,핵분열 또는 방사성 붕괴를 통해 전자와 같은 하전 입자의 방출을 유발합니다. 이 하전 된 입자는 활기차고 빠르게 움직일 수 있지만 진공 상태에서 빛의 속도에 도달 할 수는 없습니다.

그러나 만약 당신이 그 입자를 매체에 통과시킨다면,비록 그것이 물처럼 단순한 것이더라도,그것은 갑자기 그 매체의 빛의 속도보다 빠르게 움직이고 있다는 것을 알게 될 것이다. 그 매체가 물질 입자로 구성되어 있고 빛보다 빠른 입자가 대전 된 한,이 구성의 특징 인 특별한 형태의 방사선을 방출 할 것입니다.

특히,전하를 띤 입자가 특정 매체에서 빛보다 빠르게 이동할 때마다 방출된다. 위와 같이 원자로를 둘러싼 물 속에서 가장 흔하게 볼 수 있습니다. 내부의 반응은 물 속의 빛보다 빠르게 움직이는 고 에너지 입자의 방출을 유발하지만,물 상당한 양의 방사선의 유해한 방출로부터 외부 환경을 보호하기 위해 반응기를 둘러싸고 있습니다.

이것은 현저하게 효과적입니다! 운동 중 하전 입자와 그것을 통과하는 매체를 구성하는(하전 된)입자 사이에서 발생하는 전자기 상호 작용이 있으며,이러한 상호 작용은 이동 입자가 모든 허용 가능한 방향으로 특정 에너지의 방사선을 방출하도록합니다:방사상으로 바깥쪽으로,운동 방향에 수직.

그러나 방사선을 방출하는 입자가 움직이기 때문에,그리고 너무 빨리 움직이기 때문에,방출 된 모든 광자가 증폭 될 것입니다. 단순히 바깥쪽으로 움직이는 광자 고리를 얻는 대신,이 입자는 이동하는 매체에서 빛보다 빠르게 움직이며 입자가 방출하는 것과 같은 방향으로 이동하는 방사선의 원뿔을 방출합니다.

제 2 차 세렌코프 방사선은 두 가지 요인에 의해서만 정의된 각도로 나온다.:

1. 입자의 속도(입자,매체에서는 빛보다 빠르지 만 진공 상태에서는 빛보다 느림),
2. 및 매체에서는 빛의 속도(브이 라이트).

사실,공식은 정말 간단합니다: 이 문제를 해결하는 데 도움이되는 몇 가지 방법이 있습니다. 일반 영어로,이것은 빛이 떨어져 나오는 각도가 그 두 속도의 비율의 역 코사인,즉 입자의 속도에 대한 매체의 빛의 속도라는 것을 의미합니다.

에 대해 알아 두어야 할 몇 가지 중요한 사항이 있습니다.헤렌 코프 방사선. 첫 번째는 에너지와 운동량을 모두 전달한다는 것입니다. 이것은 방출하는 입자가 그 방출로 인해 제렌 코프 방사선이 느려지는 것을 의미합니다.

두 번째는 제 3 의 세렌코프 방사선이 방출되는 각도가 방출되는 입자의 속도를 결정할 수 있다는 것이다. 특정 입자에서 유래하는 제 3 제렌코프 광을 측정할 수 있다면,그 입자의 특성을 재구성할 수 있습니다. 이것이 실제로 작동하는 방식은 가장자리를 감싸는 광 증량 튜브(개별 광자를 감지 할 수 있음)가있는 큰 재료 탱크를 설정할 수 있으며,감지 된 세렌 코프 방사선은 들어오는 입자의 특성을 재구성 할 수 있습니다.

흥미롭게도,제너 렌코프 방사선은 아인슈타인의 상대성 이론 이전에도 이론화되었으며,여기서 그것은 모호하게 쇠약 해졌다. 수학자 올리버 헤비 사이드 1888-9 년에 그것을 예측했고,독립적으로 아놀드 서머 펠트(수소 원자 양자화를 도운 사람)는 1904 년에 그것을했습니다. 그러나 아인슈타인의 1905 년 특수 상대성 이론의 출현과 함께,아무도 그것을 다시 데리러 생각의이 라인에 충분히 관심이 없었다. 마리 퀴리가 집중된 라듐 용액(1910 년)에서 푸른 빛을 관찰했을 때도 그녀는 그 기원을 조사하지 않았다.

그 대신,그것은 무거운 원소의 발광을 연구하고 있던 파벨 제레렌코프라는 젊은 연구자에게 넘어졌다. 당신은 요소를 여기 할 때,그 전자는 자발적으로 드 여기,에너지 준위에서 아래로 계단식 그들이하는 것처럼 빛을 방출. 세렌코프가 주목하고 조사한 것은 이 프레임워크 내에서만 맞지 않는 푸른 빛이었다. 뭔가 다른 놀이에 있었다.

2015 년 10 월 1 일,방사능이 풍부했다 수용액을 제조하고,그 특성 푸른 빛을 발견했다. 당신은 형광 현상이있을 때,여기서 전자는 디 여기 가시 방사선을 방출,그 방사선은 등방성:모든 방향에서 동일. 하지만 물 속에 방사능이 존재하면 방사능은 등방성이 아니라 원뿔형으로 나왔습니다. 그 원뿔은 나중에 방출 된 하전 입자에 해당하는 것으로 나타났습니다. 1934 년 제 2 차 세렌코프의 발견 당시 제대로 이해되지 않은 새로운 형태의 방사선은 따라서 제 2 차 세렌코프 방사선으로 명명되었다.

3 년 후,제너런코프의 이론적 동료 이고르 탐 과 일리아 프랭크 는 상대성 이론과 전자기학 의 맥락에서 이러한 효과를 성공적으로 설명 할 수 있었고,이로 인해 제너런코프 검출기는 실험 입자 물리학에서 유용하고 표준적인 기술이되었습니다. 이 세 사람은 1958 년 노벨 물리학상을 수상했습니다.

미국 입자물리학의 초창기에 물리학자들이 처음으로 전자를 가속했을 때,물리학자들이 한쪽 눈을 감고 그것을 전자빔이 있어야 할 경로에 놓았을 정도로 놀라운 현상이다. 만약 광선이 켜진다면,전자는 물리학자의 안구의 수성 환경에서 제렌코프 방사선을 생성하게 될 것이고,그 빛의 섬광은 상대론적 전자가 생성되고 있음을 나타낼 것이다. 인체에 대한 방사선의 영향이 더 잘 이해되면 물리학 자들이 스스로 중독되는 것을 막기 위해 안전 예방 조치가 마련되었습니다.

그러나 근본적인 현상은 어디를 가든 동일합니다.: 매체에서 빛의 움직임보다 빠르게 움직이는 하전 입자는 푸른 방사선의 원뿔을 방출하여 그 에너지와 운동량에 대한 정보를 드러내는 동안 느려집니다. 당신은 여전히 궁극적 인 우주 속도 제한을 깰 수는 없지만,진실하고 완벽한 진공 상태에 있지 않으면 항상 빛보다 빠르게 갈 수 있습니다. 필요한 것은 충분한 에너지뿐입니다.