Cherenkovstrålning

Cherenkovstrålning är elektromagnetisk strålning som uppstår när en laddad partikel färdas genom ett dielektrikum med hastighet som överstiger ljusets fasfart i mediet. Den utsända strålningen är riktad i en kon kring partikelns färdriktning och har ofta ett blått sken i vattenbaserade medier. Effekten uppträder i många material såsom vatten, glas och is och används i olika detektortyper inom kärn- och partikelfysik.

Fysiken grundar sig i att när en snabb partikel rör sig genom ett medium förstörs dess elektromagnetiska fält av polarisation av atomerna. För ett medium med refraktiva index n och relativ hastighet β = v/c gäller tröskelvillkoret β > 1/n. Om villkoret uppfylls bildas Cherenkovstrålning i en kon med Cherenkov-vinkeln θ där cos θ = 1/(β n). Intensiteten och det observerade spektrumet beror på partikelns laddning, hastighet och mediets dispersion, enligt Frank–Tamm-teorin.

I praktiken används Cherenkovstrålning i detektorer för partikelidentifikation och energimätning. Vatten Cherenkov-detektorer används för neutrino- och muonstudier (t.ex. Super-Kamiokande; även is- och vattenbaserade neutrino-teleskop). Ring Imaging Cherenkov-detektorer och olika typer av hadron- och lepton-detektorer utnyttjar den karakteristiska Cherenkov-konens vinkel och fotonantal för att avgöra partikeltyp och energi.

Historik: Cherenkov observerade strålningen 1934. Teorin förklarades av Frank och Tamm 1937, och Nobelpriset i fysik 1958 tilldelades Cherenkov tillsammans med Frank och Tamm.