Общий курс физики. Том 4. Оптика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка): Скачать (прямая ссылка):
ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА
[ГЛ III
столь значительны, что они обусловливают основное сопротивление, испытываемое снарядами и самолетами при сверхзвуковых движениях. Указанные явления сложнее излучения Вавилова — Черен-кова из-за нелинейности гидродинамических уравнений.
5. Излучение Вавилова — Черенкова может вызываться не только движущимися частицами, но и каким-либо возбуждением, распространяющимся со скоростью, превышающей фазовую скорость света в среде. Допустим, например, что на границу раздела двух сред падает волна с плоским фронтом AB (рис. 149). Вдоль границы раздела побежит возмущение со скоростью V = V1 /sin <р,
где V1 — фазовая скорость света в первой среде. Оно возбудит во второй среде излучение Вавилова — Черенкова под углом Ф к границе раздела. Угол 1Q1 определяется формулой (38.1), т.е. cos # = vJV, где V2 — фазовая скорость во второй среде. Замечая, что cos 1O1 = = sin ijj, отсюда находим sin ip/sin tp = = VjV1. Это — закон преломления Снеллиуса. Таким образом, преломление света Рис. 149. можно трактовать как эффект Вавило-
ва — Черенкова, возбуждаемый во второй среде падающей волной. Так же можно рассматривать и отражение света. Распространение света в однородной среде тоже подчиняется закону (38.1). В этом случае скорость волнового фронта V совпадает с фазовой скоростью v, так что формула (38.1) дает й = 0, т. е. волновой фронт распространяется без изменения направления.
6. Излучение Вавилова — Черенкова нашло широкое применение в ядерной физике и физике высоких энергий. На нем основано действие так называемых черепковских счетчиков, т. е. детекторов релятивистских заряженных частиц, излучение которых регистрируется с помощью фотоумножителей. Основное назначение черенков-ских счетчиков — разделение релятивистских частиц с одинаковыми импульсами, но различными скоростями. Пусть, например, пучок, состоящий из релятивистских протонов и я-мезонов, проходит через однородное поперечное магнитное поле. Направления траекторий прошедших частиц будут определяться только их импульсами, но не будут зависеть от их скоростей. С помощью диафрагм можно выделить протоны и я-мезоны с одинаковыми импульсами. Из-за различия масс скорости я-мезонов Vlt окажутся несколько больше скоростей протонов Vp. Если полученный пучок направить в газ и подобрать показатель преломления п газа так, чтобы было
то я-мезоны будут давать излучение Вавилова — Черенкова, а протоны — нет. Таким образом, счетчик будет реги-; ИЗЛУЧЕНИЕ ВАВИЛОВА - ЧЕРЕНКОВА
273
стрировать только я-мезоны, но не будет регистрировать протоны. Показатель преломления газа в камере счетчика п можно менять, изменяя его давление.
7. В заключение остановимся на вопросе, может ли возникнуть электромагнитное излучение, когда заряженная частица движется равномерно в среде с досветовой скоростью, т. е. со скоростью, меньшей фазовой скорости света в рассматриваемой среде. Если среда однородна, то ответ будет отрицательным. Действительно, движущаяся заряженная частица на своем пути, конечно, будет возбуждать атомы и молекулы среды. Последние начнут излучать. Однако эти излучения в результате интерференции погасят друг друга, так как при равномерном движении частицы и однородности среды их амплитуды одинаковы, а фазы возрастают линейно с расстоянием, пройденным частицей. Но если среда неоднородна, то гашения не будет и появится излучение. Такое излучение, на существование которого было указано В. JI. Гинзбургом и И. М. Франком в 1944 г., называется переходным излучением.
Особенно наглядно происхождение переходного излучения можно понять на следующем примере. Если электрон (или другая заряженная частица) находится перед плоской границей идеального металла, то электрическое поле вне металла можно рассматривать как поле диполя, состоящего йз электрона и его «электрического изображения» в поверхности металла (см. т. III, § 23). Если электрон приближается к металлу, то электрическое изображение движется к нему навстречу. При этом электрический момент диполя уменьшается. Вследствие этого и возникает излучение, В момент, когда электрон пересекает границу металла, происходит как бы аннигиляция электрона и его электрического изображения. Так же возникает переходное излучение, когда электрон выходит из металла в вакуум.
Аналогично объясняется возникновение переходного излучения, когда заряженная частица переходит через границу двух диэлектриков. В этом случае также применим метод электрических изображений, хотя и в несколько измененной форме (см. т. III, § 24).
Переходное излучение наблюдалось уже давно в виде свечения анодов рентгеновских трубок. Конечно, природа этого свечения была выяснена много позднее.
Переходное излучение также используется в счетчиках релятивистских частиц для определения их скоростей. ГЛАВА IV ДИФРАКЦИЯ СВЕТА
$ =8
§ 39. Принцип Гюйгенса — Френеля. Зоны Френеля
1. Под дифракцией света понимают всякое уклонение от прямолинейного распространения света, если оно не может быть истолковано как результат отражения, преломления или изгибания световых лучей в средах с непрерывно меняющимся показателем преломления. Если в среде имеются мельчайшие частицы постороннего вещества (туман) или показатель преломления заметно меняется на расстояниях порядка длины волны, то в этих случаях говорят о рассеянии света и термин «дифракция» не употребляется. Явления дифракции для своего истолкования и количественного рассмотрения не требуют никаких новых принципов. Всякая дифракционная задача, если ее рассматривать строго, сводится к нахождению решения уравнений Максвелла, удовлетворяющего соответствующим граничным условиям. Однако в такой строгой постановке дифракционные задачи, ввиду их сложности, допускают аналитические решения лишь в простейших идеализированных случаях. В оптике значительно большее значение имеют нестрогие методы решения дифракционных задач, основанные на принципе Гюйгенса в обобщенной формулировке Френеля или Кирхгофа.
