اشعه ي چرنكوف (Cherenkov Radiation) اولين بار در چندي قبل از سال 1900 ميلادي در آزمايشات ماري و پير كوري (Mary-Pierre Curie) هنگاميكه آنها پرتوزايي مواد راديواكتيويته را بررسي مي كردند ديده شد.
منبع: پارس اسكاي
http://www.parssky.com/news/articles/default.aspx/?NewsID=1161849103&Cat=Astrophysics
طبيعت پديده ي جديد به صورت تشعشع اما نامشخص بود.
اولين تلاش براي درك ماهيت اين پديده ي جديد در سال 1926 ميلادي توسط مالت (Mallet) انجام شد.
او فهميد نوري كه از مواد مجاور يك منبع راديواكتيو منتشر مي شوند هميشه به صورت آبي فام – سفيد و طيف آنها پيوسته است.
به همين دليل اين خاصيت فلئورسانس (Fluorescence) نبود. (در خاصيت فلئورسانس در بين رنگ ها در طيف ماده گستگي وجود دارد).
او همچنين فهميد كه اين پديده ين نوع پرتوزايي است اما از طبيعت آن چيزي در نيافت!
اين ناشناختگي تا سالهاي 1937-1934 ادامه داشت تا آنكه آزمايشات پي. اي. چرنكوف (P.A.Cherenkov) در سال 1934 و در تكميل آن نظريات آي. اي. تم (I.E.Tamm) و آي. ام. فرانك (I.M.Frank) در سال 1937 طبيعت اين تشعشعات را آشكار كرد.
اگرچه اثرات آن تا سال 1958 به خوبي شناخته نشد. در ميان آن نيز آزمايشات زيادي انجام گرفت.
براي مثال در سال 1947 اولين وسيله براي شناخت اين تشعشعات توسط گتينگ (Getting) اختراع شد. وظيفه ي اين دستگاه اكتشاف ذره اي بود كه از خود تشعشعات چرنكوف منتشر مي كرد.
البته لازم به ذكر است كه اولين دستگاهي كه موفق به انجام اين كار شد (توانست دنباله اي از اين تشعشعات را در گاز پيدا كند) را اسكل (Ascoll) در سال 1953 اختراع كرد.
اگرچه در همان سال دستگاه ديگري توسط گالبيراث (Galbraith) و جلي (Jelley) اختراع شد كه توانست اين تشعشعات را همراه با افزايش نور در نزديكي آسمان مشاهده كند.
از آن به بعد آزمايشات همگي سعي مي كردند كه تشعشعات چرنكوف را در اتمسفر دنبال كنند.
قبل از معرفي تشعشعات چرنكوف بايد اين مطلب را ذكر كرد كه اين تشعشعات هيچ ارتباطي با برامزاشتراهلونگ (Bremsstrahlung) ندارند. اثر مذكور اثري است كه در آن پرتوزايي با حركت الكترون ها و برخورد اتم ها ايجاد مي شوند.
اما اثر چرنكوف پرتوزايي را با توجه به حركت ذرات در ميادين بررسي مي كند.
تفاوت بين اين دو نوع پرتوزايي هنگامي بسيار مشخص مي شود كه دو جرم بسيار بزرگ را براي ذرات در نظر بگيريم.
در اين صورت ذره ي تحت تاثير برامشترالنگ ناپديد مي شود اما ذره ي متاثر از چرنكوف بدون تاثيرپذيري باقي مي ماند.
تشعشع چرنكوف همراه با حركت تاكيوني ذرات باردار در اتمسفر منتشر مي شوند. (حركت تاكيوني حركتي با سرعت بالاتر از نور است).
پرتوزايي تحت تاثير مقدار n در معادله ي (1.1) مي باشد كه در آن مقدار انكسار (n) متناسب با چگالي اتمسفر است.
شكل هندسي ساده از اين فرآيند براي اين است كه ذرات ماوراي روشنايي حركت مي كنند(به صورت Superluminal) كه در اين حركت يك تصادم (تلاطم) معمولي در امواج به دليل انرژي كم در پشت ذرات ايجاد مي شود. (تصادم امواج در امواج پشت ذرات بعد از حركت ايجاد مي شود).
شكل: ساختمان هايجن ها (Huygens) براي مشخص كردن ارتباط :
(از اين شكل با توجه به مسير حركت ذره مي توان فهميد كه اين تشعشعات تنها در زواياي خاصي (θ) با نام زاويه ي چرنكوف منتشر مي شوند. اين زاويه مكانهايي را نشان مي دهد كه در آنها امواج از نقاط دلخواه مانند P1,P2,P3 بر مسير AB وابسته و مركب در مقابل خط مسطح BC هستند. اين وابستگي هنگامي رخ مي دهد كه ذره از A به B حركت كند كه زمان حركت اين ذره برابر با زماني است كه نور طول مي كشد تا از A به C سفر كند).
اگر سرعت ذره V يا β.C باشد كه در آن C سرعت نور در خلا و (C/n) سرعت اشعه ي چرنكوف به صورت ميانگين است. آنگاه مي توانيم زاويه ي چرنكوف را با توجه به محاسبات هندسي بنويسيم:
معادله ي (1.1):
معادله ي (1.2):
كه در آن n ميانگين مقدار انحراف و TΔ زماني است كه طول مي كشد تا ذره از A به B برسد.
از معادله ي (1.2) مي توانيم چند نكته را اشاره كنيم:
1) براي هر ميانگين مقدار انحراف n يك سرعت آستانه اي وجود دارد.
كه در آن تشعشعي در كار نخواهد بود.
در اين سرعت مداري مسير حركت تشعشع بر مسير حركت ذره منطبق مي شود. براي ديدن اين پديده بايد معادله ي (1.2) را به شكل زير بنويسيم: معادله ي (1.3):
بنابراين اين فرآيند مي تواند در ساختمان آستانه اي استفاده شود.
البته تشعشع چرنكوف تنها زماني مشخص مي شود كه ذره با سرعت بيشتري از (C/n) حركت كند.
2) براي يك ذره ي فرا نسبيتي كه در آن β = 1 است حداكثر زاويه ي پرتوزايي را خواهيم داشت:
معادله ي (1.4):
تشعشعات در ناحيه ي طيفي پديد و نيمه پديد رخ مي دهد كه در آن ميانگين مقدار انكسار بيشتر از يك است.
يك ميانگين واقعي همواره پراكنده كننده است. بنابراين اين تشعشات محدود به فركانس هاي (طول موج هاي) n(u) > (1/β) مي باشد.
در ناحيه ي طيفي اشعه ي X (ايكس) n(u) هميشه بزرگتر از يك است و به همين دليل جز اشعه هاي ممنوعه مي باشد. (از نظر طول موج).
بنابراين پرتوزايي در ناحيه ي اشعه ي X غير ممكن براي n كمتر از اشتراك مي باشد و در غير اين صورت معادله ي (1.4) توجيه نخواهد شد.
تنها دو نكته مانده تا موفقيت تكميل شود.
علاوه بر اين بيان كرده ايم كه نقطه ي (i) و طول مسير ذره (l) بايد به طور ميانگين در مقايسه با طول موج (λ) اشعه زيادتر باشد.
در غير اين صورت انحراف زمان براي ذره در سمت افق و در فواصل متوالي (λ) بايد نسبت به دوره ي انتشار نور (λ/C) كمتر باشد.
اگر به معادله ي ماكسول (Maxwell) در مورد امواج الكترومغناطيس (Electromagnetic waves) توجه كنيم ذرات باردار در هنگام حركت با سرعت ثابت نبايد بدرخشند.
همين امر اثباتي است بر اينكه تشعشعات چرنكوف به طور كامل با برامزاشتراهلونگ (تابش ترمزي) متفاوت هستند.
بخش اصلي در اين كار بر تخمين متغير پايه گذاري شده است و كشف ميزان انزواي كيهاني در مقابل انرژي كم مي تواند تشعشعات چرنكوف را براي ما در اتمسفر مجسم كند.
تلسكوپ (IACT) MAGIC و ما مي خواهيم روشي جديد براي نقض انزوا به همراه منابع اضافي از انرژي كم را بيان كنيم.
قبل از تمام كردن اين مطلب ما مي خواهيم به طور مختصر ظاهري از تشعشات چرنكوف را توضيح دهيم.
در صورتيكه تشعشعات چرنكوف طيف انرژي و مقداري از ذرات پرتوزا را داشته را داشته باشند تعداد فوتون هايي كه با تغيير ذرات باردار منتشر مي شوند (Ze) همراه با وقفه ي انرژي يا مترادف λ براي فوتون ها برابر است با: معادله ي (1.5):
شكل: متغير طيف فوتون چرنكوف
خط پيوسته نشان دهنده ي جذب اوزون و پراكندگي ريلي (Rayleigh) - مي (Mie) مي باشد.
براي مورد مخصوص حركات الكترون ها در طول يك مسير به طول l همراه با يك ناحيه ي طيفي پيدا مي شود. توسط طول موج هاي 1λ و 2λ خواهيم داشت: معادله ي (1.6):
كه در آن α (آلفا) مقدار ثابت برابر با:
مي باشد و n ميانگين مقدار انكسار است. (كه اين همان وظيفه ي انرژي فوتون و يا مترادف فركانس مي باشد).
اين بدان معناست كه بخش عظيمي از چرنكوف و فوتون ها در رده ي اشعه هاي ماوراي بنفش منتشر مي شوند. زيرا:
و طيف منتهايي (حداكثري) در اطراف 330 نانومتر دارد.
با گفتن اين مطلب يك ديد كلي از تشعشعات چرنكوف را بيان كرديم.
مقاله ي اصلي از: اما انا ويلهلمي (Emma Ona Wilhelmi) در تاريخ 18-10-2001
ترجمه: (متن از انگليسي به فارسي – اشكال از اسپانيايي به انگليسي): عليرضا يعقوبي
