1/ In questi giorni sarete (spero) al mare o al lago e vi potete divertire ad andare in barca o a guardare chi ci va: tutti avete esperienza delle scie che i motoscafi lasciano in acqua: che ci crediate o meno un effetto simile accade con le particelle elementari cariche. 👇👇👇 
2/ Se la barca in questione fosse un pattìno ed il rematore molto fiacco allora si muoverebbe lentamente e non riuscirebbe a creare una scia con un fronte d’onda coerente perché le perturbazioni sulla superficie dell’acqua avanzerebbero più velocemente della barca stessa.
3/ Ora guardiamo una barca che avanza in acqua a una velocità superiore alla perturbazione che provoca. Ossia le onde (assumiamole sferiche) della la scia sono sempre “all’inseguimento”: il fronte d’onda piano risultante forma un certo angolo con la direzione del moto.
4/ Questo meccanismo spiega perché quando un aereo supera la velocità del suono in aria si crea un fronte d’onda che produce il famoso “bang”. Le veci dell’acqua le fa l’aria ed il ruolo del motoscafo è giocato dall’aereo: il botto è il “rumore” della scia sonica che si propaga.
5/ Verso la fine del 1800, Oliver Heaviside calcolò che se una particella carica si muovesse ad una velocità superiore a quella della luce si lascerebbe dietro una scia di radiazione (luce) proprio come fanno i motoscafi ed aerei supersonici in acqua e aria.
6/ Ma dalla relatività ristretta oggi noi sappiamo che nessuna particella dotata di massa può muoversi più velocemente della luce. Questo vale nel vuoto… ma se ci fossero delle condizioni in cui fosse la luce stessa a viaggiare “più lentamente della luce” ?
7/ In effetti ci sono condizioni in cui la luce rallenta. Infatti se la luce attraversa un materiale ci sono fenomeni di assorbimento ed emissione continui della luce (fotoni) da parte degli atomi del materiale che finiscono con rallentare luce stessa che viene “sballottata”.
8/ Ora è possibile che particelle subatomiche superino in velocità la luce stessa quando viaggiano in un mezzo (mai nel vuoto). Il fronte d’onda formato dalla perturbazione indotta dalla particella carica nel mezzo (equivalente bang supersonico) si chiama di luce Cherenkov.
9/ L’effetto Cherenkov consiste proprio nell’emissione di una radiazione luminosa di un caratteristico colore bluastro quando particelle subatomiche cariche attraversano, eccitandolo, un mezzo dissipativo ossia che “rallenta” la luce per dispersione ottica.
10/ La luce Cherenkov è generata dalla polarizzazione degli atomi del materiale, collegata all’indice di rifrazione, un numero che sinteticamente esprime quanto frequenti sono i fenomeni di assorbimento-emissione della luce da parte degli atomi che compongono il materiale.
11/ Come nel caso del pattìno, quando la velocità delle particelle è minore della velocità della luce nel mezzo, la polarizzazione ha simmetria sferica, il mezzo è mediamente neutro e non c’è emissione di radiazione elettromagnetica perché non c’è interferenza costruttiva.
12/ In condizioni “superluminali” le particelle viaggiano nel mezzo più velocemente di quanto riesca a fare la luce. La polarizzazione resta "indietro" e fronti d’onda sferici interferiscono costruttivamente originando un cono di radiazione con fronte d’onda piano.
13/ La radiazione Cherenkov è generata dal mezzo stesso (normalmente neutro) che viene perturbato e polarizzato (eccitato) dalla particella carica elettricamente. Non è luce prodotta direttamente dalla particella carica per perdita radiativa.
14/ La luce Cherenkov cade nella banda di frequenze nell’ultravioletto ma comprende anche una parte di spettro visibile, dal lato delle alte frequenze, da cui il caratteristico colore azzurro della luce che riusciamo a vedere.
15/ Questo è il motivo per cui le piscine di raffreddamento in vicinanza dei reattori nucleari
dove viene stoccato temporaneamente il combustibile emettono una luminescenza blu: attraversando l’acqua
le radiazioni beta (elettroni) producono luce Cherenkov.
dove viene stoccato temporaneamente il combustibile emettono una luminescenza blu: attraversando l’acqua
le radiazioni beta (elettroni) producono luce Cherenkov.
16/ La luce Cherenkov viene sfruttata negli esperimenti di fisica per identificare le particelle. I contatori Cherenkov possono essere a soglia (richiedono un minimo di segnale e non misurano l’angolo) o differenziali (selezionano un piccolo range di angolo di emissione).
17/ Ora sapete a cosa pensa un fisico quando va al mare ⛵️⚛️
