From Russia with Love…

E’ vero, forse questo titolo porta fuori strada, ma intitolare questo post (dopo parecchio tempo di latitanza) semplicemente Uno sguardo all’effetto Cerenkov mi sembrava troppo scolastico. In ogni caso come il nome suggerisce questo titolo deriva dal fatto che il fenomeno su cui volevo fare quattro chiacchiere è stato scoperto da Pavel Cerenkov , fisico russo esperto di fisica nucleare che per la scoperta di questo effetto vinse anche il premio Nobel.

Ma di che cosa si tratta? Cerenkov osservò che se una carica in moto attraversava un mezzo (per esempio dell’acqua o del benzolo) ad alte velocità si diffondeva una inspiegabile  luce blu.

La spiegazione di questo fenomeno è piuttosto complessa, ma molto interessante in quanto coinvolge diversi settori della fisica. Il primo è la meccanica ondulatoria e si lega a questo fenomeno in quanto la luce ha un comportamento ondulatorio. Probabilmente avrete notato andando in barca (oppure semplicemente guardando una papera in uno stagno) il formarsi di una specie di triangolo nella scia che la barca lascia dietro di sè. Questo tuttavia accade soltanto a determinate velocità. La barca muovendosi sull’acqua ne perturba la superficie pertanto iniziano (se essa si muove piano) a formarsi in tutte le direzioni onde circolari (analoghe a quelle che potete vedere gettando un sassolino nell’acqua).

Queste onde si propagano ugualmente in tutte le direzioni e ciò si può facilmente vedere attraverso la loro forma circolare. Accade però che se la barca si muove con velocità superiore a quella di propagazione dell’onda osserveremo il formarsi di un triangolo nell’acqua caratterizzato, all’aumentare della velocità della barca da un un angolo detto angolo di Mach. Un fenomeno del tutto analogo si osserva con il suono, che ricordiamo è un’onda di pressione nell’aria, quando un aeroplano si muove più velocemente della velocità del suono.

In questo caso però le onde sono trimensionali nello spazio e generano un cono che si vede attraverso il vapore acqueo che si forma sui fronti d’onda dell’onda di pressione generata.

Ma tutto questo cosa c’entra con le particelle cariche? Nella nostra situazione l’aereo, la barca o la papera sono rappresentate da particelle cariche che si muovono in un mezzo (acqua, per esempio). Un particella carica all’interno di un mezzo dielettrico polarizza  il mezzo in cui si sta muovendo, vale a dire che deforma per ragioni elettriche la forma degli orbitali delle molecole che lo costituiscono, con la formazione di alcuni dipoli elementari. Per velocità minori di quella della luce in quel mezzo (attenzione la velocità della luce nel vuoto non è superabile, ma quella della luce in un mezzo sì!) tale perturbazione è simmetrica, perciò quando, passata la particella, i dipoli ritornano nel loro stato elementare emettendo energia le radiazioni elettromagnetiche emesse tendono a compensarsi dando come risultato un campo pressochè nullo.

Tuttavia se la particella carica è sufficientemente veloce questa simmetria viene meno (le onde non si propagano più uniformemente in tutte le direzioni per lo stesso motivo per cui si forma la scia dietro la barca) e la radiazione risultante diventa misurabile (e percettibile). Si tratta perlopiù di radiazione ultravioletta, ma anche di alcune componenti della luce visibile (quelle a frequenza più alta, per ragioni , suppongo, di tipo energetico).

Questo fenomeno oltre ad essere interessante si rivela anche molto utile. Infatti questo effetto viene sfruttato dai rivelatori Cerenkov per i neutrini (particelle che interagiscono pochissimo con la materia) che vengono osservati nei raggi cosmici (ad esempio nel rivelatore giapponese Super-Kamiokande, un enorme vasca di acqua purissima circondata da fotomoltiplicatori, gradevole anche dal punto di vista estetico), oppure nei telescopi a raggi gamma, come MAGIC , oppure ancora per la misurazione delle velocità di particelle cariche.

L’argomento è molto interessante e suggerisco a tutti di guardare il documentario dedicato ad esso su Youtube (con le animazioni infatti sarà sicuramente più chiaro di come ho spiegato qui). Invito come sempre tutti ad esprimere commenti, perplessità e correzioni!

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