Idahon Kansallislaboratorion Advanced Test Reactor core ei hehku sinisenä, koska niitä on… siniset valot mukana, vaan koska tämä on ydinreaktori tuottaa relativistinen, varautuneita hiukkasia, jotka ovat veden ympäröimä. Kun hiukkaset kulkevat tuon veden läpi, ne ylittävät valon nopeuden siinä väliaineessa, mikä saa ne säteilemään Tšerenkovin säteilyä, joka näkyy hehkuvana sinisenä valona.,
Argonnen kansallinen laboratorio
mikään ei voi liikkua nopeammin kuin valon nopeus. Kun Einstein esitetty hänen suhteellisuusteoria, tämä oli hänen loukkaamaton olettamus: että siellä oli perimmäinen kosminen nopeus raja, ja että vain massattomia hiukkasia voi koskaan saavuttaa sitä. Kaikki massiiviset hiukkaset voisivat vain lähestyä sitä, mutta eivät koskaan saavuttaisi sitä. Valon nopeus oli Einsteinin mukaan sama kaikilla tarkkailijoilla kaikilla viitekehyksillä, eikä mikään Materian muoto voinut koskaan saavuttaa sitä.,
mutta tämä Einsteinin tulkinta jättää tärkeän varoituksen: kaikki tämä pätee vain puhtaasti, täysin tyhjän avaruuden tyhjiössä. Kautta välineellä tahansa — onko se ilma, vesi, lasi -, akryyli -, tai minkä tahansa kaasun, nesteen tai solid — valo kulkee klo mitattavasti hitaampi nopeus. Energiset hiukkaset sen sijaan liikkuvat tyhjiössä vain valoa hitaammin, eivät väliaineessa valoa. Hyödyntämällä tätä luonnon ominaisuutta voimme todella mennä valoa nopeammin.,
Valon Aurinko matkustaa läpi avaruuden tyhjiöön tasan 299,792,458 m/s:… äärimmäinen kosminen nopeusrajoitus. Heti kun valo osuu väliaineeseen, mukaan lukien jokin maan ilmakehä, fotonit hidastavat nopeutta, kun ne liikkuvat vain valon nopeudella tuon väliaineen läpi. Kun ei ole massiivinen hiukkanen voi koskaan saavuttaa valon nopeutta tyhjiössä, se voi helposti saavuttaa tai jopa ylittää valon nopeutta keskipitkällä.,
Fjodor Yurchikhin / venäjän avaruusjärjestö
Kuvittele, että valonsäde, joka kulkee suoraan poispäin Auringosta. Jos avaruuden tyhjiössä ei ole hiukkasia tai ainesta, se todellakin kulkee lopullisessa kosmisessa nopeusrajoituksessa, c: 299 792 458 m/s, valon nopeudella tyhjiössä. Vaikka ihmiskunta on tuottanut erittäin energinen hiukkaset colliders ja kiihdyttimet — ja havaita jopa enemmän energinen hiukkaset tulevat ekstragalaktisten lähteistä — me tiedämme, emme voi rikkoa tämän rajan.,
LHC, kiihdytetty protoneja voi saavuttaa jopa 299,792,455 m/s, vain 3 m/s alle valon nopeudella. Osoitteessa LEP, joka kiihtyi elektronit ja positronit sen sijaan protonien sama CERN tunneli, joka LHC nyt sijaitsee, alkuun hiukkasen nopeus oli 299,792,457.9964 m/s, joka on nopein kiihtyvä hiukkanen koskaan luotu. Ja korkeaenerginen kosminen ray kellot poikkeuksellisen nopeus 299,792,457. 9999999999999918 m / s, joka menettäisi rodun fotonin Andromeda ja takaisin vain kuusi sekuntia.,
kaikki massattomat hiukkaset kulkevat valon nopeudella, mutta valon nopeus muuttuu sen mukaan… oli se sitten matkalla tyhjiön tai meedion kautta. Jos ajaisit kilpaa korkeaenergisen kosmisen sädehiukkasen kanssa, joka on koskaan löydetty fotonilla Andromedan galaksiin ja takaisin, noin 5 miljoonan valovuoden matkan, hiukkanen häviäisi rodun noin 6 sekunnilla.,
NASA/Sonoma State University/Aurore Simonnet
Voimme nopeuttaa aineen hiukkasia hyvin lähellä valon nopeutta tyhjiössä, vaan voi koskaan saavuttaa tai ylittää se. Tämä ei kuitenkaan tarkoita, ettemme voisi koskaan mennä valoa nopeammin; se tarkoittaa vain sitä, että emme voi mennä valoa nopeammin tyhjiössä. Meediossa tarina on äärimmäisen erilainen.
tämän näet itse ohittamalla prisman läpi maahan osuvan auringonvalonsäteen., Vaikka ilmassa liikkuva valo saattaa kulkea niin lähellä valonnopeutta tyhjiössä, että sen lähtö on huomaamaton, prisman läpi kulkeva valo taipuu selvästi. Tämä johtuu siitä, että valon nopeus laskee merkittävästi tiheämpi väliaine: se on vain ~225,000,000 m/s, vedessä ja vain 197 000 000 euroa m/s crown lasi. Hidas nopeus yhdistettynä erilaisiin suojelulakeihin varmistaa, että valo sekä taipuu että hajoaa väliaineeseen.
käyttäytyminen valkoinen valo, kun se kulkee prisman osoittaa, miten valon eri…, energiat liikkuvat eri nopeuksilla väliaineen läpi, mutta eivät tyhjiön kautta. Newton oli ensimmäinen, joka selittää, heijastus, taittuminen, absorptio ja siirto, sekä kykyä valkoinen valo hajottaa eri väreiksi.
University of Iowa
Tämä ominaisuus johtaa hämmästyttävä ennustus: mahdollisuus, että voit liikkua nopeammin kuin valo, niin kauan kuin olet keskipitkällä jossa valon nopeus on alle valon nopeus tyhjiössä., Esimerkiksi monet ydinprosessit aiheuttavat varatun hiukkasen — kuten elektronin-päästöjä fuusion, fission tai radioaktiivisen hajoamisen kautta. Vaikka nämä varatut hiukkaset saattavat olla energisiä ja nopeasti liikkuvia, ne eivät koskaan saavuta valon nopeutta tyhjiössä.
Mutta jos ohitat, että hiukkanen meedion kautta, vaikka se on jotain niin yksinkertaista kuin vesi, se yhtäkkiä huomaavat, että se liikkuu nopeammin kuin valon nopeus kyseisessä väliaineessa., Niin kauan kuin, että välineellä on väliä hiukkasia ja-valoa nopeampi hiukkanen on ladattu, se päästää erityinen muoto säteily, joka on tyypillistä tämän kokoonpano: Čerenkov (lausutaan Cherenkov) säteilyä.
ydinvoiman Reaktorin kokeellinen RA-6 (Republica Argentina 6), en marcha, osoittaa ominaisuus… Tšerenkov säteilee vettä nopeammista hiukkasista. Neutriinot (tai tarkemmin, antineutrinos) ensimmäinen arveltu, Pauli vuonna 1930 havaittiin samanlainen ydinreaktorin vuonna 1956., Nykyaikaiset kokeet tarkkailevat edelleen neutriinopuutosta, mutta tekevät kovasti töitä sen kvantifioimiseksi kuin koskaan aikaisemmin, kun taas Tšerenkovin säteilyn havaitseminen on mullistanut hiukkasfysiikan.
Centro Atomico Bariloche, kautta Pieck Darío
Čerenkov säteilyn tyypillisesti näkyy sininen hehku, ja saa valon aina, kun a varattu hiukkanen kulkee valoa nopeammin tietyllä välineellä. Se näkyy yleisimmin, kuten edellä, ydinreaktoreita ympäröivässä vedessä., Reaktiot sisällä aiheuttaa päästöjä korkean energian hiukkasia, jotka liikkuvat valoa nopeammin vedessä, mutta huomattavia määriä vettä surround-reaktorin jotta suojata ulkoisen ympäristön haitallisilta säteilyemissiolla.
Tämä on huomattavan tehokasta!, Liikkeessä olevan varatun hiukkasen ja sen läpi kulkevan väliaineen muodostavien (varattujen) hiukkasten välillä on sähkömagneettisia vuorovaikutuksia, ja nämä vuorovaikutukset aiheuttavat matkustavan hiukkasen säteilevän tietyn energian säteilyä kaikkiin sallittuihin suuntiin: säteilevästi ulospäin, kohtisuorassa sen liikkeen suuntaan.
Tämä animaatio esittelee, mitä tapahtuu, kun relativistinen, varattu hiukkanen liikkuu nopeammin kuin valo… meediossa., Vuorovaikutukset aiheuttavat sen, että hiukkanen lähettää Tšerenkovin säteilynä tunnetun säteilykartion, joka on riippuvainen tapahtumahiukkasen nopeudesta ja energiasta. Tämän säteilyn ominaisuuksien havaitseminen on erittäin hyödyllinen ja laajalle levinnyt tekniikka kokeellisessa hiukkasfysiikassa.
vlastni niin sano se / H. Seldon / public domain
Mutta koska hiukkanen säteilee säteilyä on liikkeessä, ja kun se liikkuu niin nopeasti, kaikki nämä valon fotonit tulevat olemaan kasvatti., Sen sijaan, että tämä hiukkanen saisi fotonirenkaan, joka vain liikkuu ulospäin, se — joka liikkuu valoa nopeammin sen läpi kulkevassa väliaineessa — lähettää säteilykartion, joka kulkee samaan liikesuuntaan kuin sitä säteilevä hiukkanen.
Čerenkov säteily tulee ulos kulmassa määritelty kaksi tekijää vain:
- nopeus hiukkasen (vparticle, nopeammin kuin valo keskipitkällä, mutta hitaammin kuin valo tyhjiössä),
- ja valon nopeus keskipitkällä (vlight).
Itse asiassa, kaava on todella yksinkertainen: θ = cos-1 (vlight/vparticle)., Plain englanti, tämä tarkoittaa, että kulma, että valo tulee pois on käänteisen kosinin suhde näiden kahden nopeuksilla, valon nopeus medium nopeus hiukkasen.
vedellä täytetty säiliö Super Kamiokande, joka on asetettu tiukimmat rajat eliniän… protonin. Tämä valtava säiliö ei ole vain täynnä nestettä, vaan vuorattu photomultiplier putket., Kun vuorovaikutus tapahtuu, kuten neutriinon lakko, radioaktiivinen hajoaminen, tai (teoriassa) protonin hajoaminen, Cherenkov valo on tuotettu, ja voidaan havaita, että photomultiplier putkia, jotka antavat meille mahdollisuuden rekonstruoida hiukkasen ominaisuudet ja alkuperä.
ICRR, Kamioka Observatory, University of Tokyo
On olemassa muutamia tärkeitä asioita huomata noin Čerenkov säteilyä. Ensimmäinen on, että se kuljettaa sekä energiaa ja vauhtia, joka pakostakin on hiukkanen, joka liikkuu nopeammin kuin valon keskipitkällä., Tämä tarkoittaa, että Čerenkovin säteilyä lähettävät hiukkaset hidastuvat päästönsä vuoksi.
toinen on se, että Čerenkovin säteilyn päästämä kulma antaa mahdollisuuden määrittää päästönsä aiheuttaneen hiukkasen nopeuden. Jos voit mitata Čerenkovin valon, joka on peräisin tietystä hiukkasesta, voit rekonstruoida kyseisen hiukkasen ominaisuudet., Miten tämä toimii käytännössä, on, että voit perustaa suuri säiliö materiaali photomultiplier putket (pystyy havaitsemaan yksittäiset fotonit) vuori reuna, ja havaita Čerenkov säteilyn avulla voit rekonstruoida ominaisuuksia tulevan hiukkasen, kuten mistä se on peräisin ilmaisin.
neutriinotapahtuma, jonka tunnistaa Cerenkovin säteilyn renkaista, jotka näkyvät pitkin… photomultiplier putket vuori ilmaisin seinät, showcase onnistuneen menetelmät neutrino astronomy ja hyödyntämällä käyttö Cherenkov-säteilyä., Tämä kuva osoittaa useita tapahtumia, ja on osa suite kokeiluja päällystys meidän tapa ymmärtää paremmin neutriinot.
Super Kamiokande yhteistyö
Mielenkiintoista kyllä, Čerenkov säteily oli teorian jo ennen Einsteinin suhteellisuusteoria, jossa se languished epäselvyyttä. Matemaatikko Oliver Heaviside ennusti sen 1888-9, ja itsenäisesti Arnold Sommerfeld (joka auttoi quantize vety-atomin) teki sen vuonna 1904., Mutta Einsteinin vuoden 1905 erityisen suhteellisuusteorian myötä kukaan ei ollut tarpeeksi kiinnostunut tästä ajatuslinjasta nostaakseen sen jälleen esiin. Edes silloin, kun Marie Curie havaitsi sinistä valoa väkevässä radium-liuoksessa (vuonna 1910), hän ei tutkinut sen alkuperää.
sen sijaan se lankesi nuorelle tutkijalle Pavel Čerenkoville, joka tutki raskaiden alkuaineiden luminesenssia. Kun virittää alkuainetta, sen elektronit spontaanisti de-excite, ryöppy alas energiatasot ja emitting valo kuten ne tekevät., Čerenkov huomasi ja tutki sitten sinistä valoa, joka ei sopinut pelkästään tähän kehykseen. Jotain muuta oli pelissä.
Kosmiset säteet, jotka ovat erittäin korkeat energian hiukkaset ovat peräisin koko Maailmankaikkeuden, lakko… protonit yläilmakehässä ja tuottavat suihkuja uusia hiukkasia. Nopeasti liikkuvat varatut hiukkaset säteilevät valoa myös Tšerenkovin säteilyn ansiosta, sillä ne liikkuvat nopeammin kuin valon nopeus Maan ilmakehässä. Tällä hetkellä rakennetaan ja laajennetaan teleskooppijärjestelmiä tämän Tšerenkovin valon havaitsemiseksi suoraan.,
Simon Swordy (Usa, Chicago), NASA
Čerenkov valmistetut liuokset, jotka olivat runsaasti radioaktiivisuus, ja huomannut, että ominaisuus sininen valo. Kun on fluoresoiva ilmiö, jossa elektronit de-jännittävät ja lähettävät näkyvää säteilyä, se säteily on isotrooppista: sama joka suuntaan. Mutta kun vedessä oli radioaktiivinen lähde, säteily ei ollut isotrooppista, vaan tuli ulos käpyjä. Näiden kartioiden osoitettiin myöhemmin vastaavan säteileviä varattuja hiukkasia., Uusi muoto säteily, huonosti aikaan Čerenkov on 1934 löytö, oli siis nimeltään Čerenkov säteilyä.
Kolme vuotta myöhemmin, Čerenkov teoreettinen kollegansa Igor Tamm ja Ilja Frank pystyimme kuvaamaan näitä vaikutuksia puitteissa suhteellisuusteoria ja sähkömagnetismi, joka johti Čerenkov ilmaisimet tulee hyödyllinen ja vakio tekniikka kokeellisen hiukkasfysiikan. Kolmikko jakoi Nobelin fysiikanpalkinnon vuonna 1958.,
vuonna 1958 myönnettiin Nobelin fysiikanpalkinto kolmelle ensisijaisesti vastuussa olevalle henkilölle… kun varatut hiukkaset liikkuvat valoa nopeammin väliaineessa, ne paljastavat säteilyn kokeelliset ja teoreettiset ominaisuudet. Čerenkovin säteilynä tunnetulla sinisellä hehkulla on valtavia sovelluksia fysiikassa vielä nykyäänkin.,
Nobel Media AB 2019
Čerenkov säteily on niin merkittävä ilmiö, että kun ensimmäinen kiihdytettyjen elektronien, alkuaikoina hiukkasfysiikan yhdysvalloissa, fyysikot olisivat lähellä yksi silmä ja laita se polku, jossa electron beam olisi pitänyt. Jos palkki oli, elektronit tuottaisi Čerenkov säteilyn vesipitoisessa ympäristössä fyysikko on silmämunan, ja ne vilkkuu valo osoittaa, että relativistinen elektronit olivat tuotetaan., Kun säteilyn vaikutukset ihmiskehoon tulivat paremmin ymmärretyiksi, ryhdyttiin varotoimiin, jotta fyysikot eivät myrkyttäisi itseään.
mutta taustalla oleva ilmiö on sama minne tahansa: väliaineessa valoa nopeammin liikkuva varautunut hiukkanen säteilee sinisestä säteilystä kartion, joka hidastuu paljastaen samalla tietoa sen energiasta ja liikevoimasta. Äärimmäistä kosmista nopeusrajoitusta ei vieläkään voi rikkoa, mutta jos ei ole oikeassa, täydellisessä tyhjiössä, voi aina mennä valoa nopeammin. Tarvitset vain tarpeeksi energiaa.