切伦科夫辐射
- 中文名
- 切伦科夫辐射
- 特 征
- 透明介质中穿行的带电粒子的辐射
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根据狭义相对论，具有静质量的物体运动速度不可能超过真空中的光速c，而光在介质中的传播速度小于c。粒子可以通过核反应或者是粒子加速器被加速到超过介电质中的光速。
夫兰克和塔姆的理论分析表明切伦科夫辐射同加速带电粒子的辐射不同，它不是单个粒子的辐射效应，而是运动带电粒子与介质内束缚电荷和诱导电流所产生的集体效应。这种辐射可视为介质中的一种电磁冲击波。不考虑媒质的色散，设粒子的速度为v（右图中红色箭头），媒质中的光速为с/n（с为真空中光速，n为折射率）。由于v>с/n，故粒子在其运动的途径上的各点所激发的媒质中的电磁场有一个圆锥形包络面，这就是上述电磁冲击波（右图中蓝色箭头是发出的辉光方向）。这一电磁冲击波是粒子在其运动轨迹的各点所辐射的波相互干涉的结果，呈圆锥形，粒子正好处在圆锥的顶点。冲击波的传播方向与粒子运动方向之间的夹角θ满足：
cosθ=c/nv
几何上，此二方向的关系为 cosθ=1/nβ=1/n·β－1=1/n·c/v=c/nv，式中β=v/c，由此可以推导出cosθ=c/nv。
利用切伦科夫辐射制成的测定高速粒子的探测器可做成切伦科夫计数器，用于探测高速粒子。这种新型的计数器具有计数率高、分辨时间短、能避免低速粒子干扰、准确测定粒子运动速度等优点，广泛应用于高能物理和宇宙线实验中，在核物理和粒子物理发展史上起过重要作用，1955年O.张伯伦和E.塞格雷利用这种计数器发现了反质子。
在粒子物理学中切伦科夫辐射是一项非常重要的研究手段。例如贝尔实验室的切伦科夫计数器，以及研究中微子震荡的超级神冈探测器，都是实际应用。从宇宙空间中进入地球大气层的某些高能粒子，运动速度接近光速，可以发出切伦科夫辐射。针对切伦科夫辐射设计出的探测器可以检测辐射的强度和方位，从而探测出高能粒子。在中微子研究相关的实验中有广泛的应用。
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