Effetto Cerenkov
Che cos'è l'effetto Cerenkov?
Con il termine di effetto Cerenkov si intende l'emissione di radiazione (radiazione Cerenkov), dovuta a particelle elettricamente cariche che attraversano un mezzo con velocità superiore a quella della luce (nel mezzo considerato).
La causa dell'emissione della radiazione Cerenkov è dovuta al campo elettrico della particella che polarizza gli atomi del mezzo attraversato, cedendo loro una piccola frazione dell'energia della particella; nell'instante successivo il mezzo si depolarizza emettendo tale frazione di energia sotto forma di quanto di radiazione.
La radiazione in questione fu scoperta (1934) dal fisico russo P. A. Cerenkov,
mentre la trattazione teorica relativa (1937) è dovuta ai fisici (suoi connazionali) M. Frank e I. J. Tamm, che con Cerenkov furono insigniti - nel 1958 - del premio Nobel per la fisica.
Tuttavia già al principio del 1900 i coniugi Curie avevano notato la luminosità di bottiglie di vetro contenenti forti quantità di radio.
Nel 1929 il francese L. Mallet aveva osservato le radiazioni UV emesse da una massa d'acqua irradiata con raggi γ.
Analoghe osservazioni fatte in precedenza su soluzioni acquose di sali minerali avevano fatto supporre che si potesse trattare di un fenomeno di fluorescenza, ma il francese L. Mallet, studiando la composizione spettrale della radiazione emessa, notò una distribuzione continua di energia (formazione di spettro continuo) e questo risultato fece escludere l'ipotesi che si trattasse di radiazione di fluorescenza, che è caratterizzata invece da uno spettro a righe.
Caratteristica della radiazione Cerenkov è l'emissione di una debole luminosità (attorno alla direzione di avanzamento della particella nel mezzo). Nelle condizioni sopra citate, si assiste quindi alla produzione di un cono d'onda di semiapertura angolare φ, tale che:
cos φ = c / (n · v)
in cui:
- c è la velocità della luce nel vuoto;
- n l'indice di rifrazione del mezzo;
- v la velocità della particella nel mezzo stesso.
L'angolo φ aumenta con la velocità della particella.
Cerenkov, lavorando su 16 liquidi diversi in differenti condizioni chimiche e fisiche, poté osservare che lo spettro della radiazione emessa differiva poco da un liquido all'altro, che la radiazione aveva la massima intensità in corrispondenza delle lunghezze d'onda dell'azzurro e del violetto e che l'intensità della radiazione non diminuiva né aggiungendo ai liquidi in esame sostanze in grado di attenuare la radiazione di fluorescenza né aumentando la temperatura dei liquidi in esame, fenomeni che si sarebbero dovuti verificare qualora si fosse trattato di radiazione di fluorescenza.
Affinché l'effetto Cerenkov si manifesti devono essere soddisfatte due condizioni:
- il cammino percorso dalla particella nel mezzo deve essere molto maggiore della lunghezza d'onda della radiazione Cerenkov; ciò per evitare fenomeni di diffrazione che renderebbero difficile l'osservazione del fenomeno;
- la velocità della particella deve mantenersi costante durante l'attraversamento del mezzo.
L'intensità della radiazione Cerenkov é molto bassa ma - comunque - può raggiungere il valore necessario per essere rilevata dall'occhio umano (come nel caso della luminosità azzurra attorno al nocciolo dei reattori nucleari a piscina, vedi immagine seguente).
Analogie con l'effetto Cerenkov
Un'analogia qualitativa dell'effetto Cerenkov si può avere con il fenomeno dell'onda a V balistica, provocata da proiettili o da aerei che si spostano nell'aria con velocità superiore alla velocità del suono o con l'onda di scia dei natanti quando essi avanzino con velocità maggiore della velocità delle onde di superficie.
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