Technisch gesehen ist es schneller als Licht

Der Science Loop Channel auf Youtube hat ein weiteres interessantes Wissenschaftsvideo für euch. Es geht um den Cherenkov-Effekt.

Technisch gesehen ist dies ein photonischer Boom. Seien Sie hier nicht aufgeregt! Dies wird als Cherenkov-Effekt bezeichnet. Wenn ein geladenes Teilchen schneller als die Lichtgeschwindigkeit in einem Medium ist, erzeugt es dieses wunderschöne blaue Licht. In einem Medium reist Licht etwas langsamer als das Vakuum. Andere Teilchen können also schneller gehen, ohne die Relativitätstheorie zu verletzen.

Die Teilchenphysik (auch bekannt als Hochenergiephysik) ist eigentlich ein Zweig der Physik, der die Natur der Teilchen untersucht, aus denen Materie und Strahlung bestehen.

Der Cherenkov-Effekt tritt auf, wenn ein elektrisch geladenes Teilchen durch ein transparentes Medium wie Wasser oder Luft wandert. Wenn sich das Teilchen in diesem Medium schneller als Licht fortbewegt, verursacht sein Durchgang einen kurzen Lichtblitz, ein Cherenkov-Licht. Sehr hohe Geschwindigkeiten sind beeindruckend.

Cherenkov-Strahlung (russisch: веренков) ist elektromagnetische Strahlung, die emittiert wird, wenn ein geladenes Teilchen (z . Die spezielle Relativitätstheorie wird nicht verletzt, da sich Licht in Materialien mit einem Brechungsindex größer als eins langsamer ausbreitet, und es ist die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, die von Teilchen mit Masse nicht überschritten (oder erreicht) werden kann. Ein klassisches Beispiel für Cherenkov-Strahlung ist wirklich das charakteristische blaue Leuchten eines Unterwasser-Atomreaktors. Seine Ursache ist ähnlich wie bei einem Überschallknall, dem scharfen Ton, der bei einer schnelleren Bewegung als Schall zu hören ist. Das Phänomen ist nach dem sowjetischen Physiker Pavel Cherenkov benannt, der für seine Entdeckung 1958 den Nobelpreis für Physik erhielt.

Die sogenannte Frank-Tamm-Formel gibt die Menge an Cherenkov-Strahlung an, die auf einer bestimmten Frequenz emittiert wird, wenn sich ein geladenes Teilchen mit Überlichtgeschwindigkeit durch ein Medium bewegt. Es ist nach den russischen Physikern Ilya Frank und Igor Tamm benannt, die 1937 die Theorie des Cherenkov-Effekts entwickelten, für die ihnen 1958 der Nobelpreis für Physik verliehen wurde.

Wenn sich ein sogenanntes geladenes Teilchen schneller als die Phasenlichtgeschwindigkeit in einem Medium bewegt, können Elektronen, die mit dem Teilchen wechselwirken, kohärente Photonen emittieren und dabei Energie und Impuls erhalten. Dieser Prozess kann als Zerfall angesehen werden. Siehe Cherenkov-Strahlung und Nicht-Strahlungsbedingung für eine Erklärung dieses Effekts.

Die Geschichte der Strahlungsentdeckungen ist interessant. Dies ist wirklich eine von verschiedenen Auswirkungen der Strahlung. Dieser Strahlungseffekt ist nach dem sowjetischen Wissenschaftler Pavel Cherenkov, dem Nobelpreisträger 1958, benannt, der ihn 1934 unter der Leitung von Sergey Vavilov am Lebedew-Institut als erster experimentell nachgewiesen hat. Daher wird er auch als Vavilov-Cherenkov-Strahlung bezeichnet . Cherenkov sah während der Experimente ein schwaches bläuliches Licht um ein radioaktives Präparat in Wasser. Seine Doktorarbeit beschäftigte sich mit der Lumineszenz von Uransalzlösungen, die durch Gammastrahlen anstelle von weniger energiereichem sichtbarem Licht, wie es üblich ist, angeregt wurden. Er entdeckte die Anisotropie der Strahlung und kam zu dem Schluss, dass das bläuliche Leuchten kein fluoreszierendes Phänomen war.

„Fluoreszenz“ ist die Fähigkeit bestimmter Chemikalien, sichtbares Licht abzugeben, nachdem sie Strahlung absorbiert haben, die normalerweise nicht sichtbar ist, wie beispielsweise ultraviolettes Licht.

„Anisotropie“ ist die Eigenschaft, richtungsabhängig zu sein, im Gegensatz zur Isotropie, die Homogenität in alle Richtungen bedeutet. Sie kann als Unterschied in den physikalischen Eigenschaften eines bestimmten Materials definiert werden, wenn es entlang verschiedener Achsen gemessen wird. Die Anisotropie bei der Ultraschalluntersuchung ist ein winkelerzeugtes Artefakt.

Cherenkov-Effekt: Eine Theorie dieses bestimmten Effekts wurde später 1937 im Rahmen von Einsteins spezieller Relativitätstheorie von Cherenkovs Kollegen Igor Tamm und Ilya Frank entwickelt, die auch 1958 den Nobelpreis erhielten.

Die Cherenkov-Strahlung als konische Wellenfront war theoretisch vom englischen Universalgelehrten Oliver Heaviside in Veröffentlichungen zwischen 1888 und 1889 und von Arnold Sommerfeld 1904 vorhergesagt worden, aber beide gerieten nach der Beschränkung der Super-c-Teilchen durch die Relativitätstheorie bis in die 1970er Jahre schnell in Vergessenheit. Marie Curie beobachtete 1910 ein blassblaues Licht in einer hochkonzentrierten Radiumlösung, untersuchte jedoch nicht seine Quelle. 1926 beschrieb der französische Strahlentherapeut Lucien Mallet die Lichtstrahlung von Radium, das Wasser mit einem kontinuierlichen Spektrum bestrahlt.

Im Jahr 2019 entdeckte ein Forscherteam des Norris Cotton Cancer Center in Dartmouth und Dartmouth-Hitchcock, dass Cherenkov-Licht im Glaskörper von Patienten erzeugt wird, die sich einer Strahlentherapie unterziehen. Das Licht wurde mit einem Kamera-Bildgebungssystem namens CDose beobachtet, das speziell entwickelt wurde, um Lichtemissionen von biologischen Systemen zu sehen. Jahrzehntelang berichteten Patienten von Phänomenen wie „hellen oder blauen Lichtblitzen“, wenn sie eine Bestrahlung gegen Hirnkrebs erhielten, aber die Auswirkungen waren nie experimentell beobachtet worden.

Es gibt auch etwas, das als „Umgekehrter Cherenkov-Effekt“ bezeichnet wird. Ein umgekehrter Cherenkov-Effekt kann erlebt werden, wenn Materialien verwendet werden, die als Metamaterialien mit negativem Index bezeichnet werden (Materialien mit einer Mikrostruktur im Subwellenlängenbereich, die ihnen eine effektive „durchschnittliche“ Eigenschaft verleiht, die sich von ihren konstituierenden Materialien stark unterscheidet, in diesem Fall mit negativer Permittivität und negativer Permeabilität). Das bedeutet, dass, wenn ein geladenes Teilchen (normalerweise Elektronen) ein Medium mit einer höheren Geschwindigkeit als der Phasengeschwindigkeit des Lichts in diesem Medium durchdringt, dieses Teilchen beim Fortschreiten durch das Medium eine nachlaufende Strahlung aussendet und nicht vor ihm (wie es ist). der Fall bei normalen Materialien mit, sowohl Permittivität als auch Permeabilität positiv). Man kann eine solche Reverse-Cone-Cherenkov-Strahlung auch in periodischen Medien ohne Metamaterial erhalten, in denen die periodische Struktur auf der gleichen Skala wie die Wellenlänge liegt, so dass sie nicht als effektiv homogenes Metamaterial behandelt werden kann.

Die Cherenkov-Strahlung hat viele Anwendungen, wie zum Beispiel:

Nachweis markierter Biomoleküle

Medizinische Bildgebung von Radioisotopen und externe Strahlentherapie

Kernreaktoren

Cherenkov-Strahlung in einem TRIGA-Reaktorbecken

Astrophysikalische Experimente

Experimente zur Teilchenphysik

Es gibt 2 Arten von Strahlung: nichtionisierende Strahlung und ionisierende Strahlung. Nichtionisierende Strahlung hat genug Energie, um Atome in einem Molekül zu bewegen oder in Schwingung zu versetzen, aber nicht genug, um Elektronen aus Atomen zu entfernen. Beispiele für diese Art von Strahlung sind Radiowellen, sichtbares Licht und Mikrowellen.

Strahlung kann auch in diese 7 Strahlungsarten eingeteilt werden:

Das elektromagnetische Spektrum umfasst von der längsten bis zur kürzesten Wellenlänge: Radiowellen, Mikrowellen, Infrarot, optische, ultraviolette, Röntgen- und Gammastrahlen.

Strahlung ist Energie, die von einer Quelle kommt und durch den Weltraum wandert und in der Lage sein kann, verschiedene Materialien zu durchdringen. Licht, Radio und Mikrowellen sind Strahlungsarten, die als nichtionisierend bezeichnet werden. Gammastrahlung und Röntgenstrahlen sind Beispiele für elektromagnetische Strahlung.

Die Exposition gegenüber sehr hohen Strahlungswerten, z. B. in der Nähe einer Atomexplosion, kann zu akuten Gesundheitsschäden wie Hautverbrennungen und akutem Strahlensyndrom (Strahlenkrankheit) führen. Es kann auch zu langfristigen gesundheitlichen Auswirkungen wie Krebs und Herz-Kreislauf-Erkrankungen führen.

Alle modernen Kommunikationssysteme verwenden Formen elektromagnetischer Strahlung. Variationen in der Intensität der Strahlung stellen Veränderungen des Tons, der Bilder oder anderer übertragener Informationen dar. Beispielsweise kann eine menschliche Stimme als Funkwelle oder Mikrowelle gesendet werden, indem die Welle entsprechend den Variationen der Stimme variiert wird. Musiker haben auch mit der Sonifikation von Gammastrahlen oder der Verwendung von Nuklearstrahlung experimentiert, um Klang und Musik zu erzeugen.

Forscher verwenden radioaktive Atome, um das Alter von Materialien zu bestimmen, die einst Teil eines lebenden Organismus waren. Das Alter solcher Materialien kann abgeschätzt werden, indem die Menge an radioaktivem Kohlenstoff, die sie enthalten, in einem Verfahren gemessen wird, das als Radiokohlenstoff-Datierung bezeichnet wird. In ähnlicher Weise kann mit anderen radioaktiven Elementen das Alter von Gesteinen und anderen geologischen Merkmalen (sogar einiger von Menschenhand geschaffener Objekte) bestimmt werden; dies wird radiometrische Datierung genannt. Umweltwissenschaftler verwenden radioaktive Atome, sogenannte Tracer-Atome, um die Wege von Schadstoffen durch die Umwelt zu identifizieren.

Strahlung wird verwendet, um die Zusammensetzung von Materialien in einem Prozess namens Neutronenaktivierungsanalyse zu bestimmen. Dabei beschießen die Wissenschaftler eine Substanzprobe mit Teilchen, die Neutronen genannt werden. Einige der Atome in der Probe absorbieren Neutronen und werden radioaktiv. Die Wissenschaftler können die Elemente in der Probe identifizieren, indem sie die emittierte Strahlung untersuchen.

Einige andere Strahlungseffekte:

Askary-Effekt

Bremsstrahlung (von bremsen „zu bremsen“ und Strahlung „Strahlung“; dh „Bremsstrahlung“ oder „Bremsstrahlung“)

Radiolumineszenz ist das Phänomen, bei dem Licht in einem Material durch Beschuss mit ionisierender Strahlung wie Alphateilchen, Betateilchen oder Gammastrahlen erzeugt wird.

Ein Tachyon oder tachyonisches Teilchen ist ein hypothetisches Teilchen, das sich immer schneller als Licht fortbewegt.

Übergangsstrahlung (TR) ist eine Form elektromagnetischer Strahlung, die emittiert wird, wenn ein geladenes Teilchen inhomogene Medien passiert, wie z. B. eine Grenze zwischen zwei bestimmten unterschiedlichen Medien. Dies steht im Gegensatz zur Cherenkov-Strahlung, die auftritt, wenn ein geladenes Teilchen ein homogenes dielektrisches Medium mit einer Geschwindigkeit passiert, die größer ist als die Phasengeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen in diesem Medium.

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