DOPPLERŮV JEV – DALŠÍ ČTENÍ
Pokud Vás tato úloha zaujala, můžete se seznámit s dalšími zajímavostmi týkajícími se Dopplerova jevu. Tato část je nepovinná a je určena jen hloubavějším studentům. Zvolte si téma, které Vás zajímá.
Rázová vlna
Čerenovovo záření
Částice se nemohou nikdy pohybovat rychlostí vyšší, než je rychlost světla ve vakuu, tj. přibližně 300 000 km/s. V materiálním prostředí se ale světlo šíří nižší rychlostí. Například v diamantu, který má index lomu 2.5, se světlo šíří rychlostí pouze 120 000 km/s (proto nám připadá tak krásný), ve vodě s indexem lomu 1.33 se světlo šíří rychlostí 226 000 km/s. V takovém prostředí se může nabitá částice pohybovat rychleji než světlo v tomto prostředí. Je možné, aby se mion (těžší obdoba elektronu), pohyboval ve vodě rychlostí například 270 000 km/s, což je méně než rychlost světla ve vakuu, ale více než rychlost světla ve vodě.
Při takovém pohybu dojde k zajímavému jevu. Obdobně jako za sebou táhne letadlo letící nadzvukovou rychlostí kužel zvukových vln, objeví se za nabitou částicí kužel elektromagnetických vln. Elektromagnetické vlny generované částicí se pohybují v daném prostředí pomaleji než částice, a proto se nikdy nedostanou před ní. Toto záření se nazývá Čerenkovovo záření. Bylo pojmenováno po ruském fyzikovi Pavlu Čerenkovovi (1904–1990), který ho jako první popsal. Teoretické vysvětlení jevu podali v roce 1937 sovětští vědci Ilja Frank (1908–1990) a Igor Tamm (1895–1971). Celá trojice získala Nobelovu cenu za fyziku pro rok 1958.
 |
 |
 |
| Pavel Čerenkov | Ilfa Frank | Igor Tamm |
Čerenkovovo záření se dnes využívá v celé řadě aplikací, především v detektorech nabitých částic. V kosmických detektorech se jako médium zpravidla používají různé gely nebo aerogely. V pozemských detektorech jde nejčastěji o obyčejnou vodu. Nabitá částice, která do média vnikla za sebou vytvoří charakteristický kužel elektromagnetického záření. Na hranici oblasti bývají fotonásobiče, které toto záření detekují. Ze směru kužele lze určit, odkud částice přilétla a z vrcholového úhlu kužele je možné dopočítat rychlost a energii částice (pokud víme, o jakou částici jde a známe její klidovou hmotnost).
Uveďme dva příklady takových zařízení. V roce 2011 byl namontován při předposledním letu raketoplánu na rameno Mezinárodní vesmírné stanice detektor AMS-02. Jde o obří zařízení pro detekci kosmického záření o hmotnosti 6 700 kg, které bylo navrženo a vyrobeno v Evropském středisku jaderného výzkumu CERN. Jde vlastně o zmenšeninu detektorů využívaných na největším urychlovači světa LHC. Součástí přístroje je také Čerenkovův detektor pro detekci nabitých částic, které k nám přicházejí z hlubin vesmíru.
Detektor AMS-02 na rameni Mezinárodní vesmírné stanice
Jiným zařízením je největší neutrinový detektor světa – Super Kamiokande. Tato neutrinová observatoř byla otevřena v Japonsku v roce 1996. Leží 1 700 metrů pod zemí, pod horou Ikena Jama, ve starém zinkovém dole v blízkosti městečka Kamioka. Samotný detektor tvoří obří nádoba o průměru 40 metrů, v níž je 50 000 litrů vody. Po stěnách nádoby je 13 000 fotonásobičů. Částice kosmického záření se sráží s atomy a molekulami v horní atmosféře. Přitom vznikají elektronová a mionová neutrina, která projdou horninou do detektoru. V něm interagují s neutrony a protony obsaženými ve vodě. Přitom vzniknou elektrony a miony s nadsvětelnou rychlostí, které za sebou táhnou kužel Čerenkovova záření. V průměru je zachyceno jedno atmosférické neutrino (vzniklé z kosmického záření v atmosféře) za hodinu a půl. Detektor je schopen rozlišit elektronové a mionové neutrino. K největším úspchům tohoto detektoru patří objev nenulové hmotnosti neutrin z roku 1998.
Detektor Super Kamiokande při pravidelné údržbě. Technici na člunu kontrolují fotonásobiče na stěně nádoby.
Záznam z fotonásobičů na periferii nádoby. Patrný je průsečík kuželu Čerenkovova záření s povrchem nádoby.