אפקט Vavilov-Cherenkov: מה שאתה צריך לדעת?

בסרטי מדע בדיוני, כורים גרעינייםוחומרים גרעיניים זוהרים תמיד בכחול. לדוגמה, בסרט "איש הברזל" הראשון, דמותו של רוברט דאוני ג'וניור, טוני סטארק, מרכיבה כור גרעיני קטן שמניע את התביעה. מעניין שהזוהר הכחול האופייני הנובע מהכור (יהיה זה אמיתי) הוא תופעה אמיתית הנקראת אפקט Vavilov-Cherenkov. בגלל זה המים שמסביב לכורים גרעיניים באמת זוהרים בכחול עז. זוהר זה הבחין לראשונה בפיזיקאי סרגיי ואבילוב וסטודנטו לתואר שני פאבל צ'רנקוב במעבדה של המכון לפיזיקה ומתמטיקה בשנת 1933, כשראו שבקבוק מים, חשוף לקרינה, זוהר בכחול. בשנת 1958, על תגלית זו, קיבל צ'רנקוב את פרס נובל לפיזיקה, כשהוא חולק אותו עם איליה פרנק ואיגור תמם, שאישרו בניסוי את קיום ההשפעה. למרות שניתן היה להסביר את קרינת ואבילוב-צ'רנקוב רק לאחר שאלברט איינשטיין פרסם את תורת היחסות המיוחדת, קיומה ניבא על ידי הפוליטיקה האנגלית אוליבר היוויסייד עוד בשנת 1888.

כאשר חלקיקים מסוימים, למשל, חלקיקים קוסמיים, נעים מהר יותר ממהירות האור במדיום מסוים, מופיעה קרינת Vavilov-Cherenkov.

מהי קרינת Vavilov-Cherenkov?

אי אפשר לחרוג ממהירות האור בחלל ריק.אך כאשר חלקיק אלמנטרי נמצא במדיום צפוף, הוא יכול לחרוג מגבול זה. לכן, חלקיק המואץ בוואקום יכול לעוף למים במהירות של, למשל, 299,799 קילומטרים לשנייה: מכיוון שחוקי הפיזיקה אוסרים על שינוי מהיר מיידי, חלקיק שהוא במדיום, עף מרחק מהיר יותר מ הגבול המקומי. במהלך הטיסה החלקיק מאט על ידי איבוד אנרגיה, שצריך ללכת לאנשהו.

כמו שטאס כותב במאמר על נובלפרס לפיזיקה בשנת 1958, כאשר המכונית נבלמת, האנרגיה הקינטית עוברת לחימום הבלמים, וחלקיקים עליים נותנים עודף בצורת כמות קרינה, כלומר אור. אחת התכונות של קרינת צ'רנקוב היא שהיא נמצאת בעיקר בספקטרום האולטרה סגול הרציף, ולא בכחול בוהק.

ראו גם: מדענים מתקרבים להבין מדוע היקום קיים

מעניין כי קרינת צ'רנקוב דומה לאפקט בום קול. לדוגמא, אם מטוס באוויר נע לאט יותר ממהירות הצליל, אז הסטת האוויר סביב כנפי המטוס מתרחשת בצורה חלקה. עם זאת, אם מהירות התנועה עולה על מהירות הקול הממוצעת, אז מתרחש שינוי פתאומי בלחץ וגלי הלם מתפשטים מהמטוס בקונוס במהירות הקול.

בטח שמת לב שהכור הגרעיני של טוני סטארק זורח באור כחול.

איך בדיוק הקרינה מופיעה, בפירוטנבדק על ידי ואבילוב, צ'רנקוב, תמם ופרנק. מאז שמת ואווילוב בשנת 1951, שלושה פיזיקאים קיבלו את פרס נובל כעבור שבע שנים. בזכות עבודתם, כיום ניתן לצפות בקרינת Vavilov-Cherenkov כמעט בכל מקום. מתי. בתנאי, כמובן, שתדע לאן לחפש.

האם אתה רוצה להתעדכן בחדשות האחרונות מעולם המדע הפופולרי והטכנולוגיות הגבוהות? הירשם לערוץ הטלגרם שלנו כדי לא לפספס שום דבר מעניין!

אור כחול של ירי

כאשר קרינת צ'רנקוב עוברת במים,חלקיקים טעונים נעים מהר יותר מאור דרך המדיום הזה. לפיכך, לאור שאתה רואה תדר גבוה יותר (או אורך גל קצר יותר) מאורך הגל הרגיל. ככל ש בקרינת צ'רנקוב, אור באורך גל קצר שולט, הזוהר נראה כחול... הסיבה לכך היא שנע במהירותהחלקיק הטעון מרגש את האלקטרונים של מולקולות המים, אשר סופגים אנרגיה ומשחררים אותה כפוטונים של אור, וחוזרים לשיווי משקל. בדרך כלל חלק מהפוטונים הללו מבטלים זה את זה (הפרעה הרסנית) כך שהזוהר אינו נראה לעין. אך כאשר חלקיק נע מהר יותר מכפי שאור יכול לעבור במים, גל ההלם יוצר הפרעה קונסטרוקטיבית, שאנו רואים כזוהר.

זה מעניין: איך נראה החלקיק הקטן ביותר ביקום?

ספקטרום הקרינה של צ'רנקוב הוא רציף, ועוצמתו עולה עם תדירות; זה מה שנותן לו את הכחול המוזר שאתה רואה בתצלומים של כורים לבריכה.

למרבה המזל, קרינת Vavilov-Cherenkov יכולה להיותהשתמש בו לא רק בכדי שהמים במעבדה הגרעינית יהיו זוהרים בכחול. לפיכך, בכור מסוג בריכה ניתן להשתמש בכמות הזוהר הכחול למדידת הרדיואקטיביות של מוטות דלק. משתמשים בקרינה בניסויים בפיזיקת חלקיקים - פיזיקאים מקווים שזה יעזור להם לקבוע את אופי החלקיקים הנחקרים.

יתר על כן, קרינת צ'רנקוב מתעוררת כאשרכאשר קרניים קוסמיות וחלקיקים טעונים מתקשרים עם האטמוספירה של כדור הארץ, משתמשים בגלאים כדי למדוד את התופעות הללו, לזהות נייטרינים ולחקור קרני גמא הפולטות עצמים אסטרונומיים כמו שרידי סופרנובה.

במאמר זה דיברתי מדוע הוענק פרס נובל לפיזיקה בשנת 2020 ומדוע מדענים מאמינים כי יקומים אחרים היו קיימים לפני המפץ הגדול.

מעניין שאם הרלטיביסטי טעוןחלקיקים פוגעים בגוף הזגוגי של העין האנושית, ואז ניתן לראות הבזקי קרינת צ'רנקוב, למשל, מחשיפה לקרניים קוסמיות או כתוצאה מתאונה גרעינית, ולכן כנראה שעדיף להתאפק.