Теоретическая физика и астрофизика - Гинзбург В.Л.
Скачать (прямая ссылка):
Простейшая задача такого типа возникает при рассмотрении пересечения зарядом границы раздела двух сред (или, в частности, вакуума со средой). Именно возникающий при этом простейший тип переходного излучения был рассмотрен в 1944 г. [129]. Заметим, что приведенное выше пояснение, касающееся природы переходного излучения и связывающее его появление с изменением параметра vn/c, все же несколько формально и фактически требует понимания теории излучения в среде. Поэтому не лишним, вероятно, будет и здесь напомнить о наиболее наглядном объяснении причины появления переходного излучения при пересечении зарядом границы раздела. Как известно, электромагнитное поле в первой среде (в среде, в которой в рассматриваемый момент движется заряд) можно представить как поле самого заряда и поле его «изображения», движущегося во второй среде навстречу заряду. При пересечении границы заряд и его изображение, «с точки зрения» первой среды, как бы частично «аннигилируют», или «перестраиваются», что и приводит к излучению. Особенно прост, конечно, случай нормального падения заряда из вакуума на идеальное зеркало — при пересечении границы зеркала заряд и его изображение полностью «аннигилируют» или, лучше сказать, останавливаются на границе (в том смысле, что возникающее в вакууме излучение такое же, как излучение падающего заряда q и его изображения — q, одновременно резко останавливающихся на границе раздела, рис. 8.1).
Совершенно очевидно, что обсуждаемое переходное излучение имеет место при пересечении границы любых сред с различными «электрическими» параметрами (диэлектрической проницаемостью, показателем преломления и т. п.). В статье [129], однако, внимание было сосредоточено на падении заряда на металл и соответственно на переходном излучении (в основном оптическом) в направлении «назад», т. е. наблюдаемом в вакууме. Для релятивистских частиц с достаточно высокой энер-
167 гией вполне реален, однако, и вариант, при котором частица проходит через среду и выходит в вакуум. В чисто теоретическом отношении эта задач эквивалентна предыдущей, а соответствующая формула для интенсивности излучения получается просто заменой скорости v на скорость —v (см. ниже формулу (8.37) и пояснения к ней). Вместе с тем, конечно, при вычислении поля в этих случаях симметрия отсутствует и интенсивности излучения при замене v на —v (или, другими словами, при влете или вылете из среды и наблюдении соответственно «назад» или «вперед») различны и в некоторых условиях сильно отличаются друг от друга. При излучении вперед и, в частности, при вылете из среды в вакуум в спектре представлены
Рис. 8.1. Возникновение переходного излучения при прохождении заряда q через границу вакуум — металл.
более высокие частоты и, конкретно, в конденсированной среде переходное излучение релятивистских частиц может простираться в рентгеновскую часть спектра. Соответственно возрастает и интегральная (по всем углам и частотам) интенсивность излучения, которая в простейшем случае оказывается пропорциональной 1/Vl — v2/c2 =S/Mc2 (& — полная энергия излучающего заряда с массой М). Это важное обстоятельство было выяснено лишь в 1959 г. [134]. Тем самым открылись более широкие перспективы создания эффективных «переходных счетчиков», предназначенных для детектирования или, точнее, определения скорости релятивистских частиц. Правда, вопрос о переходных счетчиках, связанный с рассмотрением многих границ раздела, был поднят еще ранее [135а], но предполагавшееся использование переходного излучения в оптической области спектра, по-видимому, не может привести к цели.
Как это часто бывает, появление возможности «практического» применения, в данном случае в физике высоких энергий, резко повысило интерес к переходному излучению. Если с 1945 по 1958 г. включительно переходному излучению было посвящено не более 15 статей, то за следующие 13 лет (с 1959 по 1971 г.) было опубликовано уже примерно 250 статей, а с 1972 по 1978 г. появилось около 300 статей (см. [88]).
168 Заметим также, что первые опубликованные результаты экспериментов, в которых исследовалось переходное излучение, относятся к 1959 г. (см. [1356] и указанную там литературу). В общем, около 15 лет переходное излучение, этот достаточно простой и ясный эффект из области классической электродинамики, не привлекало к себе почти никакого внимания, сейчас же оно весьма популярно, но в основном в плане разработки и применений переходных счетчиков. Этот аспект проблемы освещен даже в ряде обзоров, не говоря уже о большом числе статей (см. [88] и, например, литературу, цитируемую в [94]).
Ни в какой мере не отрицая важности исследований, связанных с переходными счетчиками, подчеркнем, что переходное излучение, понимаемое в достаточно широком смысле, имеет несомненное общефизическое значение, формирует определенные представления и «язык», а тем самым способствует дальнейшему развитию в ряде направлений. Ситуация здесь, в общем, аналогична имеющей место в отношении эффекта Вавилова— Черенкова, который непосредственно (и, можно сказать, в чистом виде) используется в первую очередь в черепковских счетчиках.
