إشعاع تشيرنكوف

عندما تصبح سرعة الكهرحركيات (إليكتروديناميكيات) بسرعة الضوء في الفراغ (ثابت عالمي)، السرعة التي ينتشر الضوء عندها في المادة قد تكون أقل بكثير من سرعة الضوء، على سبيل المثال سرعة انتشار الضوء في الماء (224,844,343) متر بالثانية فقط ثلاثة أرباعه في الهواء (299,792,458) متر بالثانية، فالمادة قد تتسارع خلف هذه السرعة على الرغم أنها ما زالت أقل من سرعة الضوء خلال التفاعلات النووية وفي مسرع الجزيئات، تأثيرات إشعاعات شيرنكوف عندما يمر جسيم مشحون كالإلكترون عبر وسط عازل ذو جزيئات قابلة للتأيين بسرعة أكبر من سرعة انتشار الضوء في نفس الوسط.

علاوة على ذلك، السرعة التي يجب أن يتخطاها تدعى سرعة عتبة الضوء (السرعة العتبوية) بدلا من مجموعة سرعة الضوء. السرعة العتبوية قد تتغير بتوظيف وسط دوري، وفي تلك الحالة عندما يستطيع أحدهما أن يتم إشعاعات شيرنكوف بدون جسيمات قليلة السرعة، ظاهرة معروفة بـتأثير سميث برسيل. في الأوساط المتكررة

المقدة كالكريستال الفوتوني وقد يمتلك إحداها العديد من تأثيرات شيرينكوف كاشعاعات الرجوع حيث إشعاعات شيرنكوف العادية تشكل زاوية حادة مع سرعة الجسيمات.[2]

عندما تسير الجسيمات المشحونة وتثير الحقل الكهرمغناطيسي المحلي في وسطها. وستفصل الإلكترونات عن ذراتها، وتصبح الذرات مستقطبة بجسيمات الحقل الكهرمغناطيسي المشحونة. تنبعث الفوتونات كعازل للإلكترونات لتستعيد نفسها للتوازن بعد انتهاء الإثارة. تحت الشروط الطبيعية هذه الفوتونات تضارب بشكل تدميري مع بعضها ولم يلاحظ وجود أي إشعاعات على أية حال عندما تسير الإثارة الأسرع من سرعة الضوء فهي تنتشر في الوسط، وتتعارض الفوتونات بشكل تدميري مكثفة الإشعاعات المنبعثة.

هندسة إشعاع شيرينكوف (موضحة للحالة المثالية لعدم التشتت)

التناظر الأشهر هي السونيك بوم للطيران السوبرسوني أو الرصاصة، موجات الصوت المنتجة بالجسم السوبرسوني الذي ينتشر بسرعة الصوت نفسها. تماما كالأمواج التي تسير بأقل من سرعة الجسم ولا ينتشر منه، وبدلا من تشكيل صدمة أمامية بنفس الطربقة الجيسم المشح قد ينتج موجة صدمة فوتونية عندما تسير في الوسط العازل.

كما في الصورة الموضحة، يسير الجسيم (السهم الأحمر) في وسط بسرعة ${\displaystyle v_{p}}$حيث ${\displaystyle c/n<v_{p}<c}$ حيث أنا ${\displaystyle c}$ سرعة الضوء في الخلاء. و ${\displaystyle n}$ هو مؤشر كسر الأشعة للوسط، حيث أن مؤشر كسر الأشعة في الماء يساوي 1.33 في درجة الحرارة 20°. كما نعرف النسبة بين سرعة الجسيم وسرعة الضوء بـ ${\displaystyle \beta =v_{p}/c}$. موجات الضوء المنبعثة (الأسهم الزرقاء) تسير بسرعة ${\displaystyle v_{em}=c/n}$. الزاوية اليسارية للمثلث تمثل مكان الجسيم الفوق ضوئي في اللحظة البدائية (t=0). والزاوية اليمينية للمثلث هي مكان الجسيم في وقت آخر t، في الوقت المعلوم t الجسيم يسير مسافة:

${\displaystyle x_{p}=v_{p}t=\beta \,ct}$

حيث الموجات الكهرطيسية المنبعثة تحاصر لتسير المسافة:

${\displaystyle x_{em}=v_{em}t={\frac {c}{n}}t.}$

إذن:

${\displaystyle \cos \theta ={\frac {1}{n\beta }}.}$

لاحظ أن هذه النسبة هي وقت حر من الوقت، قد يأخذ أحدها أوقات بشكل تعسفي وتنتج مثلثات متشابهة. الزاوية تبقى نفسها أي أن الموجات اللاحقة المنتجة بين وقت البداية ووقت النهاية ستشكل مثلثات متشابهة مع نقاط نهائية مشابهة للصورة المعروضة.

تردد طيف إشعاعات شيريرنكوف بجسيم معطى بصيغة فرانك تام، على غرار الفلورانس أو طيف الإشعاع اللذان لهما قمم طيفية مميزة، اشعاعات شيرينكوف مستمرة حول الطيف المرئي، الكثافة النسبية لتردد الوحدة تساوي تقريبا متناسب مع الالتردد. الترددات الأعلى ذات الموجات القصيرة كثيفة بشكل أكبر في إشعاعات شيرينكوف، وهذا سبب أن إشعاعات شيرينكوف المرئية تبدو كأزرق متوهج. في الواقع أغلب إشعاعات شيرينكوف تكون ذات طيف فوق بنفسجي، وتكون بشحنات متسارعة كافية حتى تصبح مرئية لأن حساسية عين الإنسان تبلغ ذروتها في اللون الأخضر والمنخفض جدا في حزء الطيف الفوق بنفسجي. هناك تردد متقطع في الأعلى بالمعادلة ${\displaystyle \cos \theta =1/(n\beta )}$ التي لا يمكن لها أن تكون مقنعة، عندما يساوي مؤشر انعكاس الضوء التردد وكذلك طول الموجة، لا تكمل المسافة ازديادها عند أي طول موجة أقصر حتى للجسيمات الفوق نسبية (الجسيمات الفوق نسبية هي الجسيمات التي تقترب سرعتها من سرعة الضوء)، عند ترددات الأشعة السينية (X-Ray) مؤشر انعكاس الضوء يصبح أقل من التوحيد (لاحظ أنه في الوسائط السرعة العتبوية قد تتجاوز سرعة الضوء بدون اختراق النسبية) ولذلك لا ترى الأشعة السينية (ولا الإشعاعات ذات الموجات الأقصر كأشعة غاما) على أية حال الأشعة السينية قد تنتج عند ترددات خاصة أقل من تلك المتناسبة مع انتقالات الجوهر الإلكتروني. غالبا يكون مؤشر انعكاس الضوء أكبر من الواحد وأقل من تردد الصدى. قد تنتج اشعاعات شيرينكوف في العين أيضا باصطدام جسيمات مشحونة بالخلط الزجاجي معطيا صورة وهج.[3]

فراغ إشعاعات شيرينكوف هو ظاهرة تشير إلى إشعاعات شيرينكوف المشكلة من جسيمات مشحونة منتشرة في الفراغ المادي.

النظرية النسبية الكلاسيكية غير الكمية تنكر بوضوح أي ظاهرة فوق ضوئية بما في ذلك هذه الظاهرة لأن الجسيم بالكتلة المتبقية الغير معدومة قد يقترب من سرعة الضوء فقط إذا وفقط اكتسب طاقة لانهائية. وفقا للآراء الحديثة المشتقة من النظرية الكمية، الفراغ المادي هو وسط غير بدائي يؤثر على الجسيمات المارة فيه، وحجم التأثير يتزايد بازدياد طاقات الجزيئات.[5] نتيجة لذلك تصبح سرعة الفوتونات طاقة حرة وبذلك قد تكون أقل من استمرارية سرعة الضوء حتى تصبح بسرعة كافية وتبلغ سرعة الضوء وتبدأ بإشعاع شيرينكوف.[5][6]

• عداد شيرينكوف
• فلورية

• بوابة الفيزياء