Cherenkovdetektorer

Cherenkovdetektorer er instrumenter som oppdager Cherenkov-stråling, som oppstår når ladede partikler beveger seg gjennom et dielektrisk medium med hastighet som overstiger faseshastigheten til lys i mediet. Strålingen danner et kjegleformet mønster av blåhvitt lys som registreres av fotodetektorer. Vanlige medier inkluderer vann, is og aerogel, samt gasser og faste materialer.

Virkemåten avhenger av partikkelens hastighet (β = v/c) og mediets brytningsindeks n. Cherenkov-kjeglen har vinkel θ_C gitt av cos θ_C = 1/(β n). Antallet utsendte fotoner per lengdeenhet og bølgelengde følger Frank–Tamm-teorien og øker med β og partikkellading. Detektoren omdanner lyset til elektriske signaler ved hjelp av fotomultiplikatorer eller silicon photomultipliers, og sammen med annen måledata brukes det til å bestemme hastighet og identifisere partikler.

Det finnes flere typer Cherenkov-detektorer. Terskelbaserte detektorer registrerer lys bare hvis hastigheten overstiger en terskel i mediet. Imaging Cherenkov-detektorer, som RICH (Ring Imaging Cherenkov), måler Cherenkov-lysets vinkelfordeling for å identifisere partikler. DIRC (Detection of Internally Reflected Cherenkov light) bruker intern totalrefleksjon i en fast radiator. Kjente anlegg inkluderer vannbaserte detektorer som Super-Kamiokande, isbaserte som IceCube og havbaserte som ANTARES.

Bruksområdene omfatter neutrino-, høyenergi- og astropartikkelfysikk, særlig partikkelidentifikasjon i eksperimenter og studier av kosmisk stråling. Cherenkov-stråling ble observert av Pavel A. Cherenkov i 1934, og han delte Nobelprisen i fysikk i 1958 med Frank og Tamm for teorien bak fenomenet.