إشعاع تشيرنكوف: الفرق بين النسختين

تم إضافة 97 بايت ، ‏ قبل سنة واحدة
ط
ط (بوت:الإبلاغ عن رابط معطوب أو مؤرشف V4.9*)
'''إشعاع شيرينكوف''' {{إنج|1=Cherenkov radiation}} هو إشعاع كهرمغاطيسي ينبعث عندما يمر جسيم مشحون ( كالإلكترون ) في وسط عازل بسرعة تفوق [[سرعة الطور|سرعة]] الضوء في ذات الوسط. و تقوم بتأيين جزيئات ذلك الوسط بعدها تفقد سرعتها بسرعة و ترجعوترجع إلى طبيعتها باعثة اشعاعات شيرينكوف. أما عن الوهج الأزرق في المفاعلات النووية هو نتيجة هذه الإشعاعات، و سميتوسميت بهذا الاسم نسبة إلى العالم الروسي [[بافل شيرنكوف]] الحائز ل[[جائزة نوبل]] كأول مكتشف لهذه الإشعاعات بالتجربة العلمية.<ref>{{citeاستشهاد journalبدورية محكمة| lastالأخير=Cherenkov | firstالأول=Pavel A. | authorlinkوصلة مؤلف=PavelAlekseyevich Cherenkov | yearسنة=1934 | trans_title=Visible emission of clean liquids by action of γ radiation | journalصحيفة=[[Doklady
Akademii Nauk SSSR]] | volumeالمجلد=2 | pageصفحة=451}} Reprinted in Selected Papers of Soviet Physicists, ''Usp. Fiz. Nauk'' 93 (1967)
385. V sbornike: Pavel Alekseyevich Čerenkov: Chelovek i Otkrytie pod redaktsiej A. N.Gorbunova i E. P. Čerenkovoj,M.,"Nauka,'' 1999, s. 149-153. ([http://dbserv.ihep.su/hist/owa/hw.move?s_c=VAVILOV+1934&m=1 ref]) {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080405115522/http://dbserv.ihep.su/hist/owa/hw.move?s_c=VAVILOV+1934&m=1 |date=5 أبريل 2008}}</ref> تطورت نظرية هذا الإشعاع ضمن إطار عمل [[نظرية النسبية]] الخاصة لآينشتاين من قبل أيقور تام و إلاياوإلايا فرانك، اللذان حازا على جائزة نويل أيضا.
 
== الأصل الفيزيائي ==
عندما تصبح سرعة الكهرحركيات (اليكتروديناميكيات) بسرعة الضوء في الفراغ ( ثابت عالمي )، السرعة التي ينتشر الضوء عندها في المادة قد تكون أقل بكثير من سرعة الضوء، على سبيل المثال سرعة انتشار الضوء في الماء (224,844,343) متر بالثانية فقط ثلاثة أرباعه في الهواء (299,792,458)
 
متر بالثانية، فالمادة قد تتسارع خلف هذه السرعة على الرغم أنها مازالت أقل من سرعة الضوء خلال التفاعلات النووية و فيوفي مسرع الجزيئات، تأثيرات اشعاعات شيرنكوف عندما يمر جسيم مشحون كالإلكترون عبر وسط عازل ذو جزيئات قابلة للتأيين بسرعة أكبر من سرعة انتشار الضوء في نفس الوسط.
 
علاوة على ذلك، السرعة التي يجب أن يتخطاها تدعى سرعة عتبة الضوء (السرعة العتبوية) بدلا من مجموعة سرعة الضوء. السرعة العتبوية قد تتغير بتوظيف وسط دوري، و فيوفي تلك الحالة عندما يستطيع أحدما أن يتم إشعاعات شيرنكوف بدون جسيمات قليلة السرعة ،السرعة، ظاهرة معروفة بـتأثير سميث برسيل. في الأوساط المتكررة
 
المقدة كالكريستال الفوتوني و قدوقد يمتلك إحداها العديد من تأثيرات شيرينكوف كاشعاعات الرجوع حيث اشعاعات شيرنكوف العادية تشكل زاوية حادة مع سرعة الجسيمات.<ref name=Luo03>Chiyan Luo, Mihai Ibanescu, Steven G. Johnson,and J. D. Joannopoulos, "[http://www-math.mit.edu/~stevenj/papers/LuoIb03.pdf Cerenkov Radiation in Photonic Crystals],"''Science'' '''299''', 368–371 (2003). {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20160304075336/http://www-math.mit.edu/~stevenj/papers/LuoIb03.pdf |date=04 مارس 2016}}</ref>
 
عندما تسير الجسيمات المشحونة و تثيروتثير الحقل الكهرمغناطيسي المحلي في وسطها. و ستفصل الإلكترونات عن ذراتها، و تصبحوتصبح الذرات مستقطبة بجسيمات الحقل الكهرمغناطيسي المشحونة. تنبعث الفوتونات كعازل للإلكترونات لتستعيد نفسها للتوازن بعد انتهاء الإثارة. تحت الشروط الطبيعية هذه الفوتونات تضارب بشكل تدميري مع
 
بعضها و لمولم يلاحظ وجود أي اشعاعات على أية حال عندما تسير الإثارة الأسرع من سرعة الضوء فهي تنتشر في الوسط ، والوسط، تتعارضوتتعارض الفوتونات بشكل تدميري مكثفة الإشعاعات المنبعثة.
[[ملف:cherenkov.svg|تصغير|250 px|The geometry of the Cherenkov radiation (shown for the ideal case of no dispersion)]]
التناظر الأشهر هي السونيك بوم للطيران السوبرسوني أو الرصاصة، موجات الصوت المنتجة بالجسم السوبرسوني الذي ينتشر بسرعة الصوت نفسها. تماما كالأمواج التي تسير بأقل من سرعة الجسم ولا ينتشر منه، و بدلاوبدلا من تشكيل صدمة أمامية بنفس الطربقة الجيسم المشح قد ينتج موجة صدمة فوتونية عندما تسير في الوسط
 
العازل.
 
كما في الصورة الموضحة،يسيرالموضحة، يسير الجسيم (السهم الأحمر) في وسط بسرعة <math>v_p</math>حيث <math>c/n < v_p < c</math> حيث أنا <math>c</math> سرعة الضوء في الخلاء. و <math>n</math> هو مؤشر كسر الأشعة للوسط، حيث
 
أن مؤشر كسر الأشعة في الماء يساوي 1.33 في درجة الحرارة 20c.
كما نعرف النسبة بين سرعة الجسيم و سرعةوسرعة الضوء بـ <math>\beta=v_p/c</math>. موجات الضوء المنبعثة ( الأسهم الزرقاء ) تسير بسرعة <math>v_{em}=c/n</math>.
الزاوية اليسارية للمثلث تمثل مكان الجسيم الفوق ضوئي في اللحظة البدائية (t=0). و الزاوية اليمينية للمثلث هي مكان الجسيم في وقت آخر t، في الوقت المعلوم t الجسيم يسير مسافة :
 
:<math>\cos\theta=\frac1{n\beta}.</math>
 
لاحظ أن هذه النسبة هي وقت حر من الوقت، قد يأخذ أحدها أوقات بشكل تعسفي و تنتجوتنتج مثلثات متشابهة. الزاوية تبقى نفسها أي أن الموجات اللاحقة المنتجة بين وقت البداية و وقتووقت النهاية ستشكل مثلثات متشابهة مع نقاط نهائية مشابهة للصورة المعروضة.
=== تأثير عكس شيرينكوف ===
تأثير عكس شيرينكوف قد يختبر باستعمال مواد مسماة "مواد المؤشر العكسي" ، المواد ذات طول الموجات المتوسطة و البناءوالبناء الصغير التي تعطي تلك المواد امتلاكية متوسطة ممتازة مختلفة جدا عن موادها المقومة. أي أنه عندما يمر جسيم مشحون عبر وسط ما بسرعة تفوق سرعة الضوء في نفس الوسط لإغن ذلك الجسيم سيشع
 
من مخروط خلف نفسه بدلا من أمامه، قد يستطيع أحدها أيضا امتلاك اشعاع شيرينكوف في وسائط متكررة لامادية ( حيث أن البناء المتكرر هو بنفس حجم طول الموجة لذا لا يمكن أن يعامل كمادة مماثلة ) <ref name=Luo03/>
تردد طيف إشعاعات شيريرنكوف بجسيم معطى بصيغة فرانك تام، على غرار الفلورانس أو طيف الإشعاع اللذان لهما قمم طيفية مميزة، اشعاعات شيرينكوف مستمرة حول الطيف المرئي، الكثافة النسبية لتردد الوحدة تساوي تقريبا متناسب مع الالتردد. الترددات الأعلى ذات الموجات القصيرة كثيفة بشكل أكبر في اشعاعات
 
شيرينكوف، و هذاوهذا سبب أن اشعاعات شيرينكوف المرئية تبدو كأزرق متوهج. في الواقع أغلب اشعاعات شيرينكوف تكون ذات طيف فوق بنفسجي، و تكونوتكون بشحنات متسارعة كافية حتى تصبح مرئية لأن حساسية عين الإنسان تبلغ ذروتها في اللون الأخضر و المنخفضوالمنخفض جدا في حزء الطيف الفوق بنفسجي.
هناك تردد متقطع في الأعلى بالمعادلة <math>\cos\theta=1/(n\beta)</math> التي لايمكن لها أن تكون مقنعة، عندما يساوي مؤشر انعكاس الضوء التردد و كذلكوكذلك طول الموجة، لا تكمل المسافة ازديادها عند أي طول موجة أقصر حتى للجسيمات الفوق نسبية ( الجسيمات الفوق نسبية
 
هي الجسيمات التي تقترب سرعتها من سرعة الضوء )، عند ترددات الأشعة السينية (X-Ray) مؤشر إنعكاسانعكاس الضوء يصبح أقل من التوحيد ( لاحظ أنه في الوسائط السرعة العتبوية قد تتجاوز سرعة الضوء بدون اختراق النسبية ) و لذلك لا ترى الأشعة السينية ( ولا الإشعاعات ذات الموجات الأقصر كأشعة غاما ) على أية
 
حال الأشعة السينية قد تنتج عند ترددات خاصة أقل من تلك المتناسبة مع انتقالات الجوهر الإلكتروني. غالبا يكون مؤشر انعكاس الضوء أكبر من الواحد و أقلوأقل من تردد الصدى.
قد تنتج اشعاعات شيرينكوف في العين أيضا باصطدام جسيمات مشحونة بالخلط الزجاجي معطيا صورة وهج.<ref>Vavilov-Cherenkov radiation: its discovery and application. B M Bolotovskii.
 
== الإستعمالات ==
=== اكتشاف أصناف جزيئات الأحياء ===
تستخدم اشعاعات شيرنكوف بشكل واسع لتسهيل اكتشافات الكميات الضئيلة و تركزاتوتركزات جزيئات الأحياء المنخفضة. الذرات المشعة كالفوسفور 32 تعرف كجزيئات حية كوسائل أنزيمية و تركيبيةوتركيبية و قد تكتشف بكميات قليلة لاحقا بهدف توضيح السبل البيولوجية في تشخيص تفاعلات الجزيئات الحية كالتغيرات المتآلفة و النسبوالنسب عدم
 
الانسجام.
الإنسجام.
=== المفاعلات النووية ===
{{ترجمة آلية|تاريخ=أبريل 2019}}
تستعمل اشعاعات شيرينكوف لاكتشاف الجسيمات المشحونة بشحنة كهربائية عالية، في المفاعلات النووية من نوع البركة تحرر جسيمات بيتا (إلكترونات ذات طاقة عالية) بعد أن ينتج الإنشطارالانشطار الإنحلالالانحلال ويكمل الوهج توهجه بعد أن تقف سلسلة التفاعلات معا حتى تضمحل المنتجات القصيرة الحياة، و بشكلوبشكل مشابه لاشعاعات شيريرنكوف قد تشخص النشاط الإشعاعي المتبقي من قضبان الوقود المستنفذ.
 
=== تجارب الفيزياء الفلكية ===
عندما يتفاعل فوتون غاما ذو طاقة عالية أو أشعة كونية مع الغلاف الجوي، و قدوقد تنتج زوج إلكتروني بوزتروني بسرعات هائلة، اشعاعات شيرينكوف من جسيماتها المشحونة تستخدم لتحديد مصدر و كثافةوكثافة الشعاع الكوني و أووأو أشعة غاما والتي تستخدم على سبيل المثال في تقنية شيرينكوف للتصوير الجوي عن طريق التجارب العلمية
 
كـ VERITAS , HESS و MAGIC. نفس الطرق تستخدم في مراصد النيترون الضخمة كـ Super-Kamiokande و مرصد النيترون Sudbury و آيس كوب. في مرصد بيير أوغر و المشاريعوالمشاريع المماثلة تملأ الدبابات بالماء مراقبة إشعاعات شيرينكوف المسببة من قبل الميونات و
 
الإلكترونات والبوزيترونات الناجمة عن الجزيئات و التيوالتي سبها هي الأشعة الكونية.
قد تستخدم إشعاعات شيرينكوف أيضا لتحديد خصائص الكائنات الكونية ذات الطاقة العالية و التتيوالتتي تنتج أشعة غاما كبقايا السوبرنوفا و المتوهجات، ووالمتوهجات، يتمويتم هذا بمشاريع كمشروع "إس تي آي سي إي إي" مرصد أشعة غاما في نيومكسيكو.
=== تجارب فيزياء الجسيمات ===
تستخدم اشعاعات شيرينكوف بشكل واسع في تجارب فيزياء الجسيمات للتعرف عن الجسيم. قد يقيس أحدها سرعة جسيم أولي مشحون كهربائيا بخصائص ضوء شيرينكوف المضاء في وسط معين. إذا قيست قوة جسيم بشكل حر، فإنه يستطيع حساب كتلة الجسيم بقوتها ووسرعتها، سرعتها، و كذلكوكذلك تعريف الجسيم.
أبسط نوع لجهاز التعرفة بالجسيم المعتمد على تقنية إشعاعات شيرينكوف هو العداد العتبوي و الذيوالذي يجيب إذا كان سرعة جسيم مشحون أقل أو أعلى من سرعة معينة، و بالنظروبالنظر فيما إذا كان هذا الجسيم يبعث أو لا يبعث ضوء شيرينكوف في وسط معين، مع العلم أن قوة الجسيم قد يفصل أحدها جسيمات تضيء أكثر من عتبة معينة من
 
تلك التي هي أثقل من تلك العتبة.
النوع المتقدم هو RICH و كاشف حلقة تصوير شيرينكوف الذي طور في الثمانينيات، في كاشف ريتش ينتج مخروط ضوء شيرينكوف عندما تسير الجسيمات المشحونة ذات السرعة الهائلة إلى وسط مناسبمناسب، ، و غالباوغالبا ما يدعى المبرد، و كشفوكشف عة مخروط الضوء هذا على حساسة للكشف عن مستو الفوتون، و الذيوالذي يسمح بإعادة
 
هيكلة قرص أو حلقة نصف القطر القياسي لزاوية انبعاث شيرينكوف، و يستخدمويستخدم كل من كاشفات التركيز ووالتريكز التريكز المقرب ،المقرب، في تركيز كاشف ريتش تجمع الفوتونات بمرآة كروية الشكل، و تركزوتركز على كاشف الفوتون في مكان المستوى البؤري، و النتيجةوالنتيجة دائرة بقطر مستقل عن نقطة الإنبعاثالانبعاث على طول مسار الجسيمات، هذا المخطط
 
مناسب للمبردات ذات مؤشر الإنعاكس المنخفض كالغازات، و نظراونظرا للحاجة لمبرد أكبر لإنشاء فوتونات كافية، في تصميم أكثر إحكاما و تريزا،وتريزا، مبرد رقيق يبعث ضوء شيرينكوف و الذيوالذي يسير لمسافات صغيرة. الصورة تكون لحلقة من الضوء وال قطر المعرف بزاوية انبعاث شيرينكوف و فجوةوفجوة التقريب، و تحددوتحدد سماكة الحلقة
 
بسماكة المبرد، مثال عن كاشف ريتش كاشف تعريف الجسيم العالي الطاقة "HMPID" <ref>[http://alice-hmpid.web.cern.ch The High Momentum Particle Identification Detector at CERN] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20200314164302/http://alice-hmpid.web.cern.ch/alice-hmpid |date=14 مارس 2020}}</ref> و الكاشف الذي مازال تحت التأسيس أليس.
== فراغ اشعاعات شيرينكوف ==
فراغ شعاعات شيرينكوف هو ظاهرة تشير إلى اشعاعات شيرينكوف المشكلة من جسيمات مشحونة منتشرة في الفراغ المادي.
النظرية النسبية الكلاسيكية غبر الكمية تنكر بوضوح أي ظاهرة فوق ضوئية بما في ذلك هذه الظاهرة لأن الجسيم بالكتلة المتبقية الغير معدومة قد يقترب من سرعة الضوء فقط إذا و فقطوفقط اكتسب طاقة لانهائية. وفقا للآراء الحديثة المشتقة من النظرية الكمية ،الكمية، الفراغ المادي هو وسط غير بدائي يؤثر على الجسيمات المارة فيه، و حجموحجم
 
التأثير يتزايد بازدياد طاقات الجزيئات.<ref name="cg97">S. R. Coleman and S. L. Glashow (1997). "Cosmic ray and neutrino tests of special relativity".Phys. Lett. B '''405''', 249.</ref> نتيجة لذلك تصبح سرعة الفوتونات طاقة حرة و بذلكوبذلك قد تكون أقل من استمرارية سرعة الضوء حتى تصبح بسرعة كافية و تبلغوتبلغ سرعة الضوء و تبدأوتبدأ بإشعاع شيرينكوف.<ref name=cg97/><ref>K. G.Zloshchastiev (2010). "Vacuum Cherenkov effect in logarithmic nonlinear quantum theory". Phys. Lett. A '''375''', 2305-2308.[http://arxiv.org/abs/1003.0657 arXiv:1003.0657] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20170623140515/https://arxiv.org/abs/1003.0657 |date=23 يونيو 2017}}</ref>
== اقرأ أيضا ==
* [[مكشاف شيرينكوف|عداد شيرينكوف]]
{{مراجع}}
{{بداية المراجع}}
* {{مرجعاستشهاد كتاببكتاب | الأول1 = L. D. | الأخير1= Landau | الأول2 = E. M. | الأخير2 = Liftshitz | الأول3 = L. P. | الأخير3 = Pitaevskii |عنوان = Electrodynamics of Continuous Media | ناشر = [[Pergamon Press]] | مكان = New York | سنة = 1984 | الرقم المعياري = 0-08-030275-0}}* {{مرجعاستشهاد كتاببكتاب | الأول = J. V. | الأخير = Jelley | عنوان = Cerenkov Radiation and Its Applications | ناشر = [[Pergamon Press]]| مكان = London | سنة = 1958}}
* {{citeاستشهاد journalبدورية محكمة | first1الأول1 = S. J. | last1الأخير1 = Smith | first2الأول2 = E. M. | last2الأخير2 = Purcell |journalصحيفة=[[فيزيكال ريفيو]]| volumeالمجلد = 92 |pageصفحة = 1069 | yearسنة = 1953 | titleعنوان = Visible Light from Localized Surface Charges Moving across a Grating | issueالعدد = 4 | doi =10.1103/PhysRev.92.1069 |bibcode = 1953PhRv...92.1069S}}
{{نهاية المراجع}}
 
{{ضبط استنادي}}
 
[[تصنيف:النسبية الخاصة]]
[[تصنيف:إشعاع]]
[[تصنيف:فيزياء الجسيمات]]
[[تصنيف:مصادر الضوء]]
[[تصنيف:مفاهيم فيزيائية]]
[[تصنيف:النسبية الخاصة]]