Ефект Вавілова-Черенкова

Розглянемо рух зарядженої частинки, наприклад, електрона в деякому середовищі вздовж прямої лінії з постійною швидкістю, що перевищує фазову швидкість світла в цьому середовищі. Своїм полем частинка збуджує коливання електронних оболонок атомів або молекул середовища і вони стають центрами випромінювання електромагнітних хвиль. При рівномірному русі частинки це випромінювання може вважатися когерентним. Тоді електромагнітні хвилі, що випромінюються атомами і молекулами середовища, можуть інтерферувати між собою, формуючи в певних напрямах інтерференційні максимуми. У відповідності зі сказаним вище умовою формування інтерференційного максимуму є складання в деякій точці спостереження (рис. 4.30), розташованої в нескінченно віддаленій точці від лінії руху зарядженої частинки, у фазі хвиль, що випромінювали в різні моменти часу. Нехай дві виділені точки на лінії руху зарядженої частинки, які вона проходить в моменти часу (рис. 4.30).

Випромінювання електромагнітних хвиль рухомим зарядом вперше було виявлено в 1934р., А потім експериментально досліджено Вавиловим С.І. (1891-1951) і Черенковим П.А. (р.1904). На честь своїх першовідкривачів випромінювання отримало назву – Вавілова і Черенкова. Черенков П.А. показав, що всі рідкі та тверді тіла при проходженні через них швидких електронів крім що має місце флуоресценції випускають слабке світлове випромінювання, що має безперервний частотний спектр. Випромінювання направлено вперед максимумом уздовж твірної конічної поверхні з кутом, обумовленим виразом (4.29b), вісь якої збігається з напрямком руху електрона. Світіння частково поляризоване так, що площина коливань вектора напруженості електричного поля переважно проходить через творчу зазначеного вище конуса і його віссю. Випромінювання виникає практично миттєво з початком руху і зникає відразу ж після проходження електрона. Це дозволило укласти Вавілову С.І. зробити висновок про те, що відкритий вид випромінювання не є люмінесценцією, для якої характерно кінцевий час світіння. До числа інших властивостей випромінювання відносяться стійкість випромінювання Вавілова і Черенкова до температурних впливів на середовище, в якому рухається електрон.

Теоретичне пояснення випромінювання Вавілова і Черенкова було зроблено Таммом І.Є. (1895-1971) і Франком І.М. (Р.1908). У 1934р. У 1940р. Л. Гінзбург (р.1916) створив квантову теорію випромінювання Вавілова і Черенкова, засновану на законах збереження енергії та імпульсу.

Явища, аналогічні випромінюванню Вавілова і Черенкова, мають місце в аеродинаміці і в гідродинаміці. Прикладами є утворення ударної хвилі Маха при русі літаків зі швидкістю, що перевищує швидкість звуку, а також поява вспутной хвилі на поверхні води при русі кораблів зі швидкістю, що перевищує мінімальну фазову швидкість, яка визначається числом Рейнольдса.

Цікавою є інтерференційна інтерпретація за допомогою випромінювання Вавілова і Черенкова закону Снелліуса, що визначає кути відбиття і заломлення електромагнітної хвилі при проходженні їй кордону розділу двох діелектриків (магнетиков) з різними значеннями показників заломлення.

Для простоти припустимо, що на поверхню діелектрика з показником заломлення під деяким кутом (рис. 4.31) падає гармонійна електромагнітна хвиля, поляризована паралельно поверхні діелектрика. Тоді освіту відображеної від кордону і пройшла кордон вакуум / діелектрик електромагнітних хвиль є наслідком випромінювання диполів, що утворюються на кордоні під дією падаючої електромагнітної хвилі, випромінювання яких є когерентним.

Посилання на основну публікацію