I fenomeni visibili sono
uno sguardo lanciato su ciò che non è visibile. (Anassagora)
Un elettrone che si muove
ad altissima velocità sviluppa una luce blu
Questo effetto si chiama “radiazione Cerenkov”.
Niente è più veloce della luce nell’universo,
nel vuoto dello spazio. Ma la luce può
rallentare la sua velocità se incontra, ad esempio, acqua o vetro.
Un esempio può essere costituito da fenomeni
noti come “effetto miraggio” .
Metti una matita in un bicchiere d’acqua. La
matita sembra spezzata tra l’aria e l’acqua a causa dell'"effetto
rifrazione", poichè nell’acqua la velocità della luce è di tre quarti
inferiore. Se io dò a un elettrone una velocità maggiore nell’acqua,
l’elettrone diventa più veloce della luce. L'effetto Čerenkov è un effetto per
cui una particella viaggia a velocità superiori a quella della luce, ma solo in
quel mezzo che sta attraversando.
La relatività ci assicura che la velocità
della luce nel vuoto (c = 300000 km/s) è un limite invalicabile.
All'interno dei materiali, però la velocità
della luce cala (se n è l'indice di rifrazione del materiale, la velocità è
c/n) .Può accadere che la velocità della luce nel mezzo venga quindi superata
(restando sempre a velocità minori di c). Se la particella è carica, emetterà
raggi gamma, e si creerà un cono d'onda per la radiazione elettromagnetica allo
stesso modo in cui si crea per gli aerei quando vanno a velocità supersoniche,
anche se quei cerchi sono onde sonore e non elettromagnetiche)
Questo effetto è responsabile della luce
azzurra che vediamo nei reattori nucleari, ed è sfruttato da certi tipi di
telescopi e per rilevare i neutrini (particelle che reagiscono pochissimo).
Quindi ricapitolando: Particelle cariche, che
attraversano un mezzo denso con velocità superiore a quella con cui si propaga
la luce nello stesso mezzo, emettono radiazione elettromagnetica nel visibile
di colore azzurro che si propaga con un
fronte d’onda conico nello stesso modo in cui un aereo supersonico rompendo il
muro del suono produce un cono di vapore condensato di forma conica, con il
classico bang di fondo.
In poche parole stiamo parlando di particelle
che viaggiano a velocità superiore a quella della luce ma attenzione, la
velocità della luce nel vuoto è un limite per ora insuperabile; quindi qui si
parla di particelle che attraversando uno strato di liquido o di altra sostanza
densa superano la velocità della luce in quel MEZZO .
Quando i raggi cosmici colpiscono l'atmosfera
si può avere la produzione di coppie di elettroni e positroni ad alta velocità.
La radiazione Čerenkov generata da queste particelle è usata per determinare la
direzione e l'intensità della sorgente dei raggi cosmici causa dell'evento
attraverso i cosiddetti telescopi Čerenkov. Questa tecnica è impiegata in
esperimenti quali Imaging Atmospheric Cherenkov Technique (IACT), dagli
esperimenti H.E.S.S. e MAGIC. Lo stesso principio è sfruttato nei rivelatori di
neutrini come il Super-Kamiokande.
I fotoni gamma di altissima energia quando
interagiscono con l’atmosfera terrestre producono sciami di particelle, che
emettono un tenue lampo di luce per il cosiddetto “effetto Cherenkov”
(l’analogo ottico del “bang” sonoro degli aerei supersonici).
L’atmosfera è anche essa un mezzo più o meno
denso ove questo fenomeno può generarsi spontaneamente o è provocato
appositamente; è quindi possibile assistere in determinate condizioni il
realizzarsi di questo fenomeno con emissione di luce azzurra o luce di
Cherenkov, che spesso viene scambiato per avvistamenti UFO.
Qualcosa nell’ universo sta creando
particelle di energie incredibile. Da dove vengono queste particelle?, Di
alcune esplosioni di supernovae? Da un buco nero? Da collisioni tra le
galassie? Della disintegrazione di oggetti supermassicci o prodotti all’origine
dell'universo? Com’è lo spettro di energia di queste particelle? Che tipo di
particelle sono? Protoni, fotoni, neutrini, o particelle esotiche?
L'Osservatorio Pierre Auger cerca risposte a
tutte queste domande, ha iniziato delle ricerche per trovare la fonte dei raggi
cosmici di più alta energia fin d'ora osservate per andare un altro passo in
avanti nella comprensione nostro universo. Per risolvere l'enigma dei raggi
cosmici ultra-energetici, l'Osservatorio Pierre Auger misura la cascata di
particelle che vengono prodotte ogni volta che un raggio cosmico colpisce le
molecole in atmosfera. Questo determinerà l'energia, la direzione di arrivo e
la natura dei raggi cosmici di massima energie osservate. Questo osservatorio è
situato nell’ emisfero sud, nella zona di Malargue, in Provincia di Mendoza, in
Argentina. L'Osservatorio è composto da una rete di 1600 rilevatori di super
scie (rivelatore Cherenkov), poste a 1.5 km di distanza tra esse, che coprono
una superficie totale di 3.000 km2. La rete di rivelatori di superficie
completato da una serie di telescopi altamente sensibili, che in notte senza luna
osservano la luce di fluorescenza
prodotta dalla cascata di raggi cosmici che attraversano l'aria. Circa 400
scienziati provenienti da oltre 70 istituzioni di 17 paesi partecipano a questa
impresa.
L’energia spesa dalla particella nel
polarizzare gli atomi del mezzo viene restituita dal mezzo stesso nel processo
di diseccitazione sotto forma di radiazione coerente, con
emissione di radiazione o Effetto Cherenkov . La radiazione
Cherenkov viene quindi emessa poiché la particella carica polarizza
gli atomi lungo la sua traiettoria così che essi diventano dipoli elettrici. La
variazione nel tempo della carica di dipolo porta all’emissione di radiazione
EM.
• Le particelle cariche generate in uno
"Sciame Esteso nell'Atmosfera" generano fotoni Cerenkov. Ecco nello
specifico il procedimento:
• Il numero dei fotoni visibili è
proporzionale alla energia iniziale
• La luce di fondo del cielo notturno
definisce l’energia di soglia di rivelazione. Le osservazioni
vanno eseguite durante le notti serene e
senza luna.
«Ci sono più cose in
cielo e in terra, Orazio, di quante ne sogni la tua filosofia.»
(William Shakespeare)
