Vavilov — Cherenkov effekti

Radiyning γ-nurlari tasirida uran tuzlari eritmasining yorug’lanishini o’rganayotib, fizik olim P. A. Cherenkov tarkibida uran tuzlari bo’lmagan suvning o’zi ham yorug’lanayotganiga etibor qildi. γ-nurlar (Gamma-nurlanish) toza suyuqliklar orqali o’tganda ularning hammasi yorug’lana boshlar ekan. P. A. Cherenkovning rahbari S. I. Vavilov, bu yorug’lanish radiyning γ-kvantlari atomlardan o’rib chiqarayotgan elektronlarning harakati bilan bog’liq, degan gipotezani aytdi. Haqiqatan, yorug’lanish suyuqlikdagi magnit maydoni yo’nalishiga juda kuchli bog’liq edi (buning sababi—elektronlarning harakatidir, degan fikr kelib chiqadi).

Biroq nima uchun suyuqlikda harakatlanayotgan elektronlar yorug’lik chiqaradi. Fiziklar I. ye. Tamm va I. M. Frank l937 yilda bu savolga to’g’ri javob berishdi.  

Elektron, moddada harakatlanib, uni o’rab olgan atomlar bilan o’zaro ta’sirlashadi. Uning elektr maydoni ta’sirida atom elektronlari va yadrolari qarama-qarshi tomonlarga siljiydi muhit q u t b l a n a d i. Muhitning elektron trayektoriyasi bo’ylab joylashgan atomlari qutblanib va keyin dastlabki holatiga qaytib, elektromagnit yorug’lik to’lqinlari chiqaradi. Agar elektronning tezligi n yorug’likning muhitda tarqalish tezligi s/n dan (n sindirish ko’rsatkichi) kichik bo’lsa, bu holda elektromagnit maydon elektrondan o’zib ketadi, modda esa fazoda elektronning oldida qutblanishga ulguradi. Elektron oldida va orqasida muhitning qutblanishi yo’nalish bo’yicha

 

qarama-qarshidir, shuning uchun nurlanishlar qutblangan atomlarga qarama-qarshidir, «ular qo’shilib», bir-birini so’ndiradi». >s/n bo’lganda, elektron yetib bormagan atomlar qutblanishga ulgurmaydi va uchi harakatdagi elektron bilan mos tor konussimon qatlam bo’ylab yo’nalgan, uchidagi burchagi θ=arccos  bo’lgan nurlanish vujudga keladi.

Yorug’lik «konusining» vujudga kelishini va nurlanish sharti ν>s/n  ni to’lqinlarning tarqalishi umumiy printsiplaridan hosil qilish mumkin.

Elektron sindirish ko’rsatkichi n bo’lgan bir jinsli shaffof moddada juda tor bo’sh kanalning OYE o’qi bo’ylab (1-rasmga q.) harakatlanayotgan bo’lsin (nazariy qarab chiqishda elektron atomlar bilan to’qnashmasligi uchun bo’sh kanal kerak). Elektron ketma-ket egallaydigan OYE chiziqdagi istagan nuqta yorug’lik chiqarish markazi bo’ladi. Ketma-ket O, D, ye nuqtalardan chiquvchi to’lqinlar bir-biri bilan interferentsiyalanadi va, agar ular orasidagi fazalar farqi nolga teng bo’lsa, kuchayadi (Interferentsiya)

Bu shart elektron harakati traektoriyasi bilan burchak hosil qiladigan yo’nalish uchun bajariladi. θ burchak cosθ=s/nv  munosabat bilan aniqlanadi.

 

Haqiqatan, trayektoriyaning x masofa bilan bo’lingan ikki nuqtasi—O nuqtasi va D nuqtasidan elektron tezligiga 0 burchak ostidagi yo’nalishda chiqarilgan ikkita to’lqinni qarab chiqamiz. OV ga perpendikulyar VE to’g’ri chiziqda yotuvchi V nuqtaga birinchi to’lqin  vaqtdan keyin keladi. VE to’g’ri chiziqda yotuvchi F nuqtaga D nuqtadan chiqarilgan to’lqin, O nuqtadan to’lqin chiqarilgandan so’ng n/χ + vaqtda keladi. Agar bu vaqtlar teng bo’lsa: bu ikki to’lqin birday fazada bo’ladi, ya’ni VE to’g’ri chiziq to’lqin fronti bo’ladi. OV=OEcosB, DF = (OE — χ) cosθ bo’lgani uchun vaqtlarning tenglik sharti cosθ = s/nn ni beradi. Sosθ¹s/nv bo’lgan gramma yo’nalishlarda yorug’lik traektoriyaning D masofa bilan bo’lingan uchastkalaridan chiqarilgan to’lqinlar interferentsiyasi tufayli so’na boshlaydi. Δ kattalik 

tenglamadan aniqlanadi, bunda T—yorug’lik tebranishlari davri, sosθ¹ c/n bo’lganda bu tenglama doim yechimga ega bo’ladi.

Agar v< c/n bo’lsa, to’lqinlar interferentsiyalanib, kuchayadigan yo’nalishlar bo’lmaydi, cosθ miqdor 1 dan katta bo’la olmaydi. v>s/n bo’lgandagina nurlanishni kuzatish mumkin.

Tajribada elektronlar bir oz tarqoq tezlik, chekli fazovoy burchak bilan uchadi va natijada nurlanish θ = arccos s/vn burchak bilan aniqlanuvchi asosiy yo’nalish atrofida konus qatlamda tarqaladi.

Qarab chiqilgan bu holda biz elektronning sekinlashishini hisobga olmadik. Shunday qilish mumkin, chunki Vavilov—Cherenkov nurlanishida yo’qotish juda kam va dastlabki yaqinlashishda elektron yo’qotadigan energiya uning tezligiga ta’sir etmaydi va u tekis harakatlanadi deb hisoblash mumkin. Vavilov—Cherenkov nurlanishining printsip jihatdan farqi va o’ziga xosligi shundadir. Odatda, zaryadlar katta tezlanishlar ta’sirida nurlanadi.

O’z yorug’ligidan o’zib ketuvchi elektron tovush tezligidan katta tezlikda uchuvchi samolyotga o’xshaydi. Bu holda samolyot oldida ham konussimon zarb tovush to’lqini tarqaladi (2-rasmga q.)

Zaryadlangan tez zarralarning nurlanishda yo’qotadigan energiyasi ionlanishda yo’qotadigan energiyasiday deyarli ming marta kamdir. Bu juda kichik energiyadan amaliy tatbiqlarda foydalanish qiyindek tuyuladi. Biroq Vavilov—Cherenkov nurlanishi bo’yicha maxsus detektorlar yordamida tez zarralarning tezligini, energiyasini, zaryadini o’lchash imkoni bo’ladi.

1958 yilda bu effektning kashf etilganligi va tavsiflanganligi uchun fiziklar P. A. Cherenkov, I. M. Frank va I. E. Tammga fizika bo’yicha Nobel mukofoti berildi.