Effetto Čerenkov: differenze tra le versioni

Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
Vai alla navigazione Vai alla ricerca
Contenuto cancellato Contenuto aggiunto
Recupero di 1 fonte/i e segnalazione di 0 link interrotto/i. #IABot (v1.6.1)
Riga 61: Riga 61:
|isbn= 88-04-39819-1
|isbn= 88-04-39819-1
}}
}}

== Voci correlate ==

*[[Esperimento Cherenkov di acqua di alta quota]]


== Altri progetti ==
== Altri progetti ==

Versione delle 23:42, 17 gen 2018

La caratteristica luce azzurra visibile nei reattori nucleari dovuta all'effetto Čerenkov.[1]

L'effetto Čerenkov consiste nell'emissione di radiazione elettromagnetica da parte di un materiale le cui molecole sono polarizzate da una particella carica in moto che lo attraversa. L'effetto Čerenkov si manifesta solo quando la velocità della particella nel mezzo attraversato risulta superiore alla velocità della luce nello stesso mezzo. Più in generale si parla di radiazione Čerenkov, quando il mezzo attraversato non è "trasparente" alla luce visibile.

È così chiamato in omaggio al fisico sovietico Pavel Alekseevič Čerenkov, che ha ricevuto il premio Nobel per la fisica nel 1958 per studi su questo fenomeno.[2]

La fisica dell'effetto Čerenkov

Effetto Čerenkov

Per la teoria della relatività, nessuna particella può viaggiare a una velocità superiore a quella della luce nel vuoto (299 792,458 km/s). In un mezzo denso però, la velocità di propagazione della luce risulta più bassa di quella di propagazione nel vuoto, e in un mezzo con indice di rifrazione n sarà c/n. Può avvenire che una particella superi la velocità di propagazione della luce nel mezzo (pur tuttavia rimanendo al di sotto di c).[3] Se tale particella è carica elettricamente si verifica l'effetto Čerenkov, ovvero l'emissione di radiazioni γ.

Ciò è dovuto al fatto che la particella carica, lungo la sua traiettoria, induce dei momenti di dipolo temporanei negli atomi o nelle molecole del mezzo. Ritornando alla configurazione iniziale, le molecole producono radiazione elettromagnetica. Se la particella viaggia lentamente, tale perturbazione si rilassa elasticamente e si ha un ritorno all'equilibrio meccanico non appena la particella è passata. Se invece la velocità della particella è sufficientemente elevata rispetto al tempo di risposta del mezzo (e ciò si verifica quando la velocità della particella nel mezzo attraversato risulta superiore alla velocità della luce nello stesso mezzo) allora l'energia prodotta da questa perturbazione si irradia come un'onda d'urto coerente. Come nell'aria, quando un oggetto supera il muro del suono, si forma un cono d'onda (onde meccaniche), allo stesso modo, con le onde elettromagnetiche, nelle condizioni sopra enunciate, si assiste alla produzione di un cono d'onda del tutto simile al cono di Mach per il suono.

Caratteristico della radiazione Čerenkov è il cosiddetto angolo di Čerenkov,[3] indicato in figura con la lettera .

L'angolo di Čerenkov può essere calcolato mediante la seguente relazione:

dove n è l'indice di rifrazione del mezzo, c è la velocità della luce nel vuoto (e di conseguenza la velocità della luce nel mezzo) e v è la velocità della particella carica.

Per particelle relativistiche, il rapporto tra la velocità della particella v e la velocità della luce c è indicato con , e l'angolo di Čerenkov risulta essere:

Si può subito notare che l'angolo massimo si ha quando la particella si muove all'incirca alla velocità c. In tal caso, la relazione diventa:

Il rilevamento di radiazione Čerenkov è oggi sfruttato nell'astronomia delle sorgenti gamma e negli esperimenti condotti sui neutrini, rilevando ad esempio i muoni prodotti in acqua, i quali, essendo negativamente carichi, e viaggiando a una velocità superiore a quella di propagazione della luce in acqua, danno luogo all'effetto Čerenkov.

Utilizzi

La radiazione Čerenkov è impiegata soprattutto negli esperimenti scientifici riguardanti la rivelazione di particelle di origine spaziale, e in particolare è stata utilizzata nello studio del neutrino. Nei reattori nucleari a immersione l'intensità della radiazione è correlata alla frequenza degli eventi di fissione, ed è quindi indicativa del livello di attività del reattore. Allo stesso modo viene usata per valutare la radioattività residua presente nelle barre di combustibile esauste.

Quando i raggi cosmici colpiscono l'atmosfera si può avere la produzione di coppie di elettroni e positroni ad alta velocità. La radiazione Čerenkov generata da queste particelle è usata per determinare la direzione e l'intensità della sorgente dei raggi cosmici causa dell'evento, attraverso i cosiddetti telescopi Čerenkov. Questa tecnica, denominata in inglese Imaging Atmospheric Cherenkov Technique (IACT), è impiegata in esperimenti quali H.E.S.S. e MAGIC. Lo stesso principio è sfruttato nei rivelatori di neutrini come Super-Kamiokande.

Nella narrativa fantascientifica

La "propulsione Čerenkov" nel romanzo Fanteria dello spazio di Robert A. Heinlein è il sistema utilizzato dalle astronavi per muoversi a velocità maggiore di quella della luce.[4]

Nel romanzo Il pianeta del silenzio (Fiasko, 1986), Stanislaw Lem descrive la debole radiazione di Cherenkov prodotta dai motori siderali dell'astronave Hermes.

In Star Trek, le astronavi, mentre sono a curvatura, viaggiano immerse in un tunnel composto dall'effetto Čerenkov caratterizzato dalla tipica radiazione azzurra.[5] Un effetto simile è visibile anche nell'anime Cowboy Bebop.

Nella serie di videogiochi Mass Effect, qualora il campo di forza collassi mentre una nave viaggia a velocità superluminale, le conseguenze sarebbero catastrofiche: la nave verrebbe infatti riportata a velocità subluminale e l'enorme quantità di energia verrebbe sprigionata sotto forma di letali radiazioni Čerenkov.

Note

  1. ^ DESY kworkquark.net Archiviato il 13 dicembre 2007 in Internet Archive. T. E. Stevens, J. K. Wahlstrand, J. Kuhl, R. Merlin: Cherenkov Radiation at Speeds Below the Light Threshold. Phonon-Assisted Phase Matching. Science. 26. gennaio 2001
  2. ^ Pavel A. Cherenkov, Visible emission of clean liquids by action of γ radiation, in Doklady Akademii Nauk SSSR, vol. 2, 1934, p. 451. Reprinted in Selected Papers of Soviet Physicists, Usp. Fiz. Nauk 93 (1967) 385. V sbornike: Pavel Alekseyevich Čerenkov: Chelovek i Otkrytie pod redaktsiej A. N. Gorbunova i E. P. Čerenkovoj, M.,"Nauka, 1999, s. 149-153. (ref Archiviato il 22 ottobre 2007 in Internet Archive.)
  3. ^ a b Chiyan Luo, Mihai Ibanescu, Steven G. Johnson, and J. D. Joannopoulos, "Cerenkov Radiation in Photonic Crystals," Science 299, 368–371 (2003).
  4. ^ Robert Heinlein, Fanteria dello spazio, traduzione di Hilja Brinis, collana Oscar Bestsellers n° 498, Arnoldo Mondadori Editore, 1992, pp. 304, ISBN 88-04-39819-1.
  5. ^ Lawrence M. Krauss, La fisica di Star Trek, traduzione di Libero Sosio, collana La lente di Galileo, Longanesi & C., 1996, pp. 213, ISBN 88-304-1390-9.

Bibliografia

Voci correlate

Altri progetti

Collegamenti esterni

Controllo di autoritàLCCN (ENsh85023069 · GND (DE4147494-6 · J9U (ENHE987007285056905171