Волновая оптика - Калитеевский Н.И.
ISBN 5-06-003083-0
Скачать (прямая ссылка):
Первоначальная цель опытов Вавилова и Черенкова сводилась к изучению люминесценции растворов различных веществ под действием у-излучения. Было замечено, что в этих условиях опыта сами растворители (вода, бензол и др.) испускают слабое свечение, характеризующееся особыми свойствами (направленность и поляризация излучения, сконцентрированного в некоем конусе), отличающими его от обычной люминесценции. Было выяснено, что фактически свечение вызывается не у-излучением, а сопутствующими ему быстрыми р-электронами. При истолковании эффекта удалось установить, что он имеет место лишь в том случае, когда v — скорость электронов (в более поздних опытах использовались протоны, ускоренные в синхрофазотроне; рис. 4.23) больше фазовой скорости электромагнитной волны в исследуемом веществе. Таким образом наблюдалась аналогия явления из газовой динамики — снаряд обгоняет созданную им волну давления.
Был предложен следующий механизм явления, сводящийся к воздействию быстрых электрических частиц на молекулы диэлектрика, в котором происходит направленное движение электрических зарядов. При этом электрическое взаимодействие приводит к вынужденным колебаниям валентных электронов атомной (молекулярной) среды. При малых скоростях равномерного движения электрических частиц, возникающие в веществе встречные электромагнитные волны гасят друг друга, но при v > с/п заряд обгоняет излучение и возникает своеобразное свечение среды.
172
Wp
с
4.23. Принципиальная схема эффекта Вавилова-Черенкова
4.24. К выводу соотношения v > с/п
Эту модель может пояснить рис. 4.24. Заряженная частица равномерно движется со скоростью и и за время At проходит отрезок АВ = vAt. Излучение происходит в конусе, причем АС = = (с/п)At. Так как АС = АВcosG, то ucosG = с/п и, следовательно, V > с/п.
Итак, установлено, что скорость v заряженных частиц должна быть больше с/п, но конечно, меньше с — скорости света в вакууме, как этого требует теория относительности.
Очевидно, что чем больше п, тем удобнее наблюдение явления. Для рентгеновских лучей, у которых п < 1, эффект исключается. Особенностью эффекта Вавилова - Черенкова является то, что характерное свечение возникает при равномерном движении возбуждающих его частиц со скоростью v > с/п. Это бесспорный факт и простые оценки показывают, что потерей энергии этих частиц на возбуждение свечения можно пренебречь. Таким образом, свечение среды связано с возбуждением частицами постоянной скорости, что как бы противоречит фундаментальному положению (см. § 1.5) о том, что для излучения электромагнитной энергии необходимо ускоренное движение частиц. Но при этих рассуждениях нужно учитывать, что в изложенной выше простейшей модели явления излучают не налетающие частицы, а атомные электроны, движение которых носило характер вынужденных колебаний, т. е. имело отличное от нуля ускорение.
Эффект Вавилова-Черенкова нашел применение в ядерной физике при создании своеобразных счетчиков ядерных частиц, облегчающих многие трудоемкие измерения. В последние годы были рассмотрены различные модификации эффекта, например было показано, что равномерное движение заряженных частиц
173
со скоростью v < с/п вблизи извилистой поверхности металла при некоторых условиях также может привести к возникновению характерного свечения того же типа, как в эффекте Вави-лова-Черенкова. Модификацией такого излучения молено также считать предсказанное В. JI. Гинзбургом и И. М. Франком переходное излучение, возникающее при движении электрических частиц с постоянной скоростью v < с/п в среде, где изменяется показатель преломления и поэтому не происходит полного гашения возникающих электромагнитных волн.
ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА
= ¦¦¦¦¦.'¦¦¦=— . Глава 5
Физикам давно были известны многие оптические явления, непонятные с позиций геометрической ("лучевой”) оптики. К их числу относят чередующиеся полосы максимальной и минимальной освещенности (интерференционные полосы), происхождение которых связано с возникающим в ряде опытов перераспределением потока световой энергии в пространстве.
Существенный прогресс в истолковании явления интерференции связан с именами Френеля, Юнга и других выдающихся физиков, работавших в начале XIX в. Развитая ими волновая теория, согласно которой световые волны представляют собой возмущения, распространяющиеся в мировом эфире, в этот период достигла наибольшего успеха, хотя исследование некоторых проблем (например, интерференции поляризованных лучей) требовало очень сложных построений и необычных гипотез о свойствах эфира.
Электромагнитная теория света, заменившая старую волновую теорию, позволила существенно упростить постановку задачи. Но при ее применении к проблеме интерференции возникают трудности, связанные с тем, что в оптике, как правило, имеют дело не с монохроматическими волнами, а с импульсами, или волновыми пакетами. "Синусоидальная идеализация", которая оказалась вполне пригодной для описания широкого класса явлений, рассмотренных в предыдущих разделах, требует видоизменения при истолковании более тонких интерференционных эффектов.
