La radiación Cherenkov: cuando las partículas superan la velocidad de la luz en el agua
Cherenkov Radiation - traveling faster than light
La radiación Cherenkov ocurre cuando partículas cargadas viajan más rápido que la luz en un medio como el agua, superando la velocidad local de la luz (aproximadamente 0.75c). Esto produce un resplandor azul o violeta, análogo a una explosión sónica. En el vacío nada supera c, pero en un medio la luz se ralentiza y las partículas pueden exceder esa velocidad local. El debate en Hacker News aclara que 'velocidad de la luz' a menudo se confunde con la velocidad de causalidad.
Cuando las partículas cargadas viajan más rápido que la luz en, por ejemplo, el agua, perturban el equilibrio energético de los átomos que encuentran a su paso.
- nuccy
El título (probablemente a propósito) es engañoso; debería decir "viajar más rápido que la luz en un medio". Nada aquí viaja más rápido que la luz en el vacío.
Por cierto, existen tipos especiales de telescopios usados para observar rayos gamma: no pueden ver el rayo gamma directamente, sino que observan un destello de luz Cherenkov de una cascada de partículas cargadas creada cuando el rayo gamma golpea átomos en la atmósfera. Esos telescopios son los Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes [1].
1. https://en.wikipedia.org/wiki/MAGIC_(telescope) o https://en.wikipedia.org/wiki/VERITAS o https://en.wikipedia.org/wiki/High_Energy_Stereoscopic_Syste... o https://en.wikipedia.org/wiki/Cherenkov_Telescope_Array_Obse...
- hakonjdjohnsen
Un dato curioso sobre la radiación Cherenkov es que la investigación para fabricar detectores Cherenkov eficientes en la década de 1960 condujo al desarrollo de principios ópticos que todavía se usan hoy para diseñar sistemas de iluminación y concentradores solares.
El difunto profesor Roland Winston trabajó en este problema y descubrió una geometría que podía concentrar la luz de una fuente difusa como la radiación Cherenkov hacia un detector con un rendimiento casi ideal ( https://doi.org/10.1063/1.1720428 ). Resulta que transferir eficientemente la luz de fuentes difusas tiene aplicaciones mucho más allá de la detección de radiación Cherenkov, así que Winston fundó el campo de la Óptica No Imagen y pasó gran parte del resto de su carrera desarrollando los fundamentos del campo y reuniendo a una comunidad de científicos que lo hicieran avanzar.
Yo mismo investigo en este campo, y encuentro la óptica y los principios que hay detrás infinitamente fascinantes
- maxnoe
El artículo tiene una sección sobre para qué se puede usar, pero solo menciona los usos del OIEA.
Por supuesto, tengo un sesgo porque trabajo en el campo, pero la aplicación con diferencia más amplia de la radiación Cherenkov es la detección de partículas de alta energía, particularmente en astrofísica.
- Los telescopios Cherenkov atmosféricos de imágenes detectan la radiación Cherenkov emitida en la atmósfera cuando un rayo cósmico o rayo gamma de alta energía crea una cascada atmosférica
- Los detectores Cherenkov de agua detectan la luz Cherenkov cuando las partículas secundarias de estas cascadas atmosféricas llegan a tanques de agua en el suelo
- Los telescopios de neutrinos como kamiokande, Icecube y km3net detectan la radiación Cherenkov en agua o hielo producida por partículas secundarias generadas por las raras interacciones de los neutrinos en sus volúmenes de detección
La astrofísica moderna de altas energías consiste en detectar diferentes tipos de radiación Cherenkov y luego reconstruir las propiedades de la partícula original.
- GlobalFrog
Varios comentarios aquí mencionan que nada va más rápido que la luz en el vacío, lo cual es cierto.
Pero...
Dejando de lado todas las consideraciones de causalidad, si una partícula fuera más rápido que la luz, también emitiría radiación Cherenkov en el vacío, ya que esta partícula iría más rápido que la luz. Eso sería una especie de estallido supersónico. Algunas teorías sobre esto dicen que cuando una partícula va más rápido que la luz, pierde su energía y emite fotones.
IANAP (sí, no soy físico), pero me encantaría escuchar una teoría sobre cómo podrían detectarse esas partículas FTL si existieran, y cuál podría ser la observación, probablemente proveniente de este efecto Cherenkov en el vacío. De nuevo, sé que esto va contra toda la física, ¡pero la teoría sería genial!
- prathje
Me tomó mucho tiempo desarrollar una intuición sobre la luz y la propagación de ondas electromagnéticas, y todavía estoy trabajando en ello.
Fundamentalmente, los cambios en el campo EM siempre se propagan con la velocidad de la luz en el vacío, es decir, c (también conocida como la velocidad de la causalidad). Las ondas EM individuales se propagan exactamente a esta velocidad y no se ralentizan mágicamente en un medio... ¡se propagan felizmente a velocidad c! (Para tu información, las ondas EM son más complicadas que esto e implican campos eléctricos y magnéticos evolucionando juntos).
Pero como la radiación EM interactúa con la materia y esta interacción a su vez cambia de nuevo el campo EM, resulta en más ondas EM que también se propagan a c. Por lo tanto, se propagan juntas y el resultado neto puede ser constructivo o destructivo, así como cualquier cosa intermedia. Si tienen frecuencias diferentes, también pueden crear patrones de "interferencia" o envolventes de pulsos que parecen propagarse más lento e incluso más rápido que c.
Sin duda, las causas y los efectos no son fáciles de entender, pero pensar siempre en términos de cambios en el campo EM que SIEMPRE se propagan a c me ayudó.