チェレンコフ放射は、媒質中を光速よりも速く移動する粒子の結果です。この放射線はかすかですが、原子炉の周りの水に青い輝きの形で見ることができます.これは、光の場合のソニック ブームに相当します。
軍用機が数マッハの速度で頭上を通過すると、必然的に上空で大きな音が聞こえます。これは明らかに音に関係するソニックブームと呼ばれる物理現象が原因です。光の場合、ソニックブームに類似するものがあるかどうか疑問に思ったことはありますか?
光の場合のソニック ブームとは?
短い答え: 音とは異なり、光は移動するための媒体を必要としません (真空中を移動できます)。したがって、光の場合、ソニックブームに類似するものはありません。ただし、何かが音速よりも速く移動すると、ソニック ブームが発生します。同様に、何かが特定の媒体を光よりも速く移動すると、興味深いことが起こります。
しかし、まず最初に…
ソニックブームとは?
静止した音源から発生する音波は、湖の波紋のように均一に広がります。ただし、音源が動き始めると、オブジェクトの前の波が集まり、周波数が高くなる傾向があります。その結果、オブジェクトの前に立っている観察者は、オブジェクトの後ろに立っている観察者よりも高いピッチの音を聞きます。音波の見かけの周波数のこの増加は、ドップラー効果と呼ばれます。
これと同じ現象が、通り過ぎる救急車の信号音が異なる理由です。
オブジェクト (音源) が音速 (空気中の音速は時速 767 マイル) で移動する場合、オブジェクトに先行する音波は同じ点で集まり、その壁のように非常に大きな音を生成します。音波は前（または下）に立っている観察者に当たります。
そうは言っても、オブジェクトが「音の壁を破る」、つまり、より速く移動すると、状況は劇的に変化します。音速。この場合、オブジェクトが生成する音波よりも速く移動するため、オブジェクトによって生成される音波はその前に広がるのに十分な時間がありません。
そのような物体は「超音速」で進行していると言われ、超音速戦闘機が頭上を通過する際に特徴的な大きなブーム音であるソニックブームを引き起こす強烈な波面を作り出します。
光の場合に相当するソニックブームはありますか?
音は機械的な波です。つまり、音を伝えるには媒体が必要です。空気、固体、さらには水でもかなりよく移動しますが、真空中は移動できません。先ほど見たように、オブジェクトが音速よりも速く移動し、そのすぐ前にある空気を圧縮すると、ソニック ブームが発生します。
音の壁を破る航空機 (写真提供者:Chris Parypa Photography / Shutterstock.com)
一方、光は電磁波です。つまり、音とは異なり、移動するのに媒体は必要ありません。また、空気中 (または真空中) では光速より速く移動するものはありません。
したがって、実際には、空気中または真空中の光に相当するソニック ブームはありません。
特定の媒体で光より速く移動できるものはありますか?
真空中を光より速く移動するものはないというのは事実ですが、光が常に真空中を移動するとは限りません。また、光が水やガラスなどの特定の媒体を通過するとき、光の速度は低下します。これらの媒体には、特定の媒体内の光よりも速く移動する粒子が存在する可能性があります (ただし、光の速度よりも速くなることはありません)。真空）
チェレンコフ放射
これが起こるとき、つまり、粒子が媒質中を光速よりも速く移動するとき、微弱な形の放射が媒質内で生成されます。この放射線はチェレンコフ放射線と呼ばれます。ロシアの科学者、パベル A. チェレンコフが最初に説明し、実験的に実証したことにちなんで名付けられました。
高性能試験炉のコアで輝くチェレンコフ放射線。 (写真提供:アルゴンヌ国立研究所 / ウィキメディア・コモンズ)
上の画像では、原子炉の炉心周辺の水中のかすかな輝きが、チェレンコフ放射によって生成されています。これは、核分裂生成物によって放出されたベータ粒子 (超高速電子) が周囲の水分子を励起し、そのエネルギーを上昇させるために発生します。通常のエネルギー レベルに戻るために、水の粒子は青い光のフォトンを放出します。
これらの高速で移動する電子は水中を光よりも速く移動するため、互いに同相の光子のカスケードが互いに相互作用し (建設的干渉)、周囲の水にかすかな、しかしはっきりと見える青みがかった輝きを与えます。
したがって、ある意味では、チェレンコフ放射はソニック ブームに類似していると言えますが、技術的な違いはいくつかあります。もちろん、最も明白な違いもあります。チェレンコフ放射が発生しても、大きなブームは発生しません。詳しくはこちらをご覧ください:
