Довольно много научных открытий происходит случайно. Так, радиоактивность была открыта только потому, что Анри Беккерель оставил в ящике стола завернутую в черную ткань фотопластинку, кристаллы солей урана и медный крестик. Такое же случайное открытие совершил в 1934 году Павел Черенков.
Советский физик Павел Алексеевич Черенков
В то время Черенков работал под научным руководством известного советского физика Сергея Вавилова. Заданием шефа было изучение люминисценции жидкостей под воздействием гамма-излучения. Неожиданно для себя ученый заметил, что прозрачные жидкости начинают слабо светиться голубоватым светом.
Чтобы точнее зафиксировать обнаруженное явление, Черенков долго сидел в темной комнате, тогда и свечение становилось устойчиво заметным для глаза. Исследование воздействия гамма-лучей показало, что такое явление обнаруживается у всех прозрачных жидкостей.
Черенковское излучение в ядерном реакторе
Странным оказалось то, что это свечение не менялось при повышении или понижении температуры жидкости, а также добавлении в нее различных примесей. Вскоре стало ясно, что обнаруженное излучение не имеет отношения к люминесценции, так как оно оказалось поляризованным и направленным вдоль движения гамма-лучей.
Само излучение имеет конусообразный вид напоминающий свет хорошо центрированного фонарика. Люминисценция же направления не имеет, да и температурные изменения оказывают на нее заметное воздействие. Поскольку эксперименты проводились в лаборатории которой руководил Вавилов, то и открытое свечение часто называют излучением Вавилова-Черенкова.
В 1937 году Игорь Тамм и Илья Франк смогли сделать обоснование излучения Черенкова с помощью классической теории электромагнетизма, а в 1940 году Евгений Гинзбург дал ему научное истолкование посредством квантовой физики. Вскоре было дано обоснование и появлению свечения в твердых телах и газах.
Излучение Вавилова — Черенкова в охлаждающей жидкости исследовательского реактора ATR
Итак, чем же вызвано это голубоватое свечение. Согласно толкованиям советских ученых, частицы двигающиеся быстрее скорости света способны вызывать свечение в оптически прозрачных средах. Здесь, наверное, сразу обрушатся критические стрелы — ведь материальные тела (частицы) не способны перемещаться быстрее скорости света.
Однако критики забывают немаловажный факт, поскольку ОТО Эйнштейна утверждает — ни одно материальное тело не способно двигаться быстрее скорости света в ВАКУУМЕ. А здесь дело происходит хоть и в прозрачных, но плотных средах. В них свет замедляется — так его скорость в чистой воде падает в 1,33 раза, а в стекле до 2,1 раза (то есть падает до скорости менее 150 000 км/с). А релятивистские частицы и в таких средах сохраняют скорость не на много меньшую 300 000 км/с.
Что же происходит при облучении прозрачной жидкости гамма-лучами. Часть лучей на своем пути сталкивается с атомами жидкости и выбивает из них электроны. Эти электроны начинают движение вдоль направления гамма-излучения, причем их скорость выше чем скорость света в данной жидкости.
Дальше в действие вступает принцип Гюйгенса-Френеля, согласно которому, образовавшиеся в упругой среде волны вызванные пролетом электрона гасят друг друга во всех направлениях, кроме направления полета электрона. Так и возникает излучение Черенкова.
Причем если скорость проходящей сквозь жидкость частицы меньше скорости распространения в ней света, то согласно тому же принципу Гюйгенса-Френеля происходит полное гашение образовавшихся волн и никакого свечения наблюдаться не может. Описывать это явление с помощью формул автор статьи не считает возможным, поскольку они довольно громоздки и вызовут у читателя скуку.
За открытие и обоснования излучения Черенкова в 1958 году сам Черенков, а также Тамм и Франк получили Нобелевскую премию. По справедливости в числе лауреатов должен был быть и Сергей Вавилов, но он умер в 1951 году и по статуту не мог быть награжден.
Черенков (третий справа), Франк (второй справа) и Тамм (третий слева) на церемонии вручения Нобелевской премии, 1958 год
Излучение Черенкова нашло свое применение в областях связанных с ядерной физикой. Так, зная скорость света в среде и угол раскрытия конуса можно довольно точно определить скорость движения частицы.
Забавным следствием является тот факт, что на дне океанов есть небольшое свечение благодаря радиоактивному распаду, в основном благодаря бета-распаду калия-40. Имеются гипотезы, что огромные выпуклые глаза помогают глубоководным рыбам что-то видеть благодаря голубоватому свечению вызванному излучением Черенкова.