Promieniowanie Czerenkowa jest rodzajem promieniowania elektromagnetycznego uwalnianego, gdy naładowana cząstka porusza się w ośrodku z prędkością większą od prędkości fazowej światła w tym ośrodku. Promieniowanie Czerenkowa jest użyteczne w obrazowany medycznym, w różnego typu detektorach cząstek, a także akceleratorów napędzanych laserami.
Czytaj też: Promieniowanie rentgenowskie z potężnymi impulsami. Są wielokrotnie silniejsze od dotychczasowych
Teraz naukowcy z Izraelskiego Instytutu Technicznego Technion pod kierunkiem dr Yuvala Adiva po raz pierwszy zaobserwowali emisję promieniowania Czerenkowa w materiale dwuwymiarowym. Co to oznacza? Szczegóły opublikowano w czasopiśmie Physical Review X.
Promieniowanie Czerenkowa w innej odsłonie
Oddziaływania tzw. elektronów swobodnych (niezwiązanych z żadnym atomem) ze światłem leżą u podstaw wielu znanych zjawisk promieniowania i doprowadziły do licznych zastosowań naukowych. Jedną z najważniejszych postaci tych interakcji jest promieniowanie Czerenkowa, często określane jako optyczny odpowiednik gromu dźwiękowego (gdy samolot porusza się szybciej niż prędkość dźwięku). Promieniowanie Czerenkowa zostało odkryte w 1934 r., a 24 lata później nagrodzono to Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki.
Od tego czasu promieniowanie Czerenkowa znalazło zastosowanie w wielu gałęziach nauki, m.in. detektorach cząstek i obrazowaniu medycznym. Wszystkie te rozwiązania dotyczyły promieniowania Czerenkowa w przestrzeni trójwymiarowej i opierały się na klasycznym elektromagnetyzmie. Fizycy z Technionu przedstawili pierwszą eksperymentalną obserwację promieniowania Czerenkowa w przestrzeni dwuwymiarowej, w której to zachowuje się ono zupełnie inaczej, niż w materiale 3D. Nie da się tego wyjaśnić bez użycia opisów kwantowych.
Czytaj też: Promieniowanie Hawkinga i efekt Unruha za jednym razem. Naukowcy mają pomysł na ominięcie trudności
Uczeni zaprojektowali specjalną wielowarstwową strukturę umożliwiającą interakcję między swobodnymi elektronami a falami świetlnymi podróżującymi wzdłuż powierzchni, co pozwoliło na pierwszy pomiar dwuwymiarowego promieniowania Czerenkowa. Dzięki temu możliwe było zliczenie liczby fotonów emitowanych z pojedynczego elektronu oraz pośredni dowód na splątanie elektronów z emitowanymi przez nie falami świetlnymi. W tym kontekście “splątanie” oznacza “korelację” między właściwościami elektronu i właściwościami emitowanego światła, taką, że pomiar jednego dostarcza informacji o drugim.
Wynik badania, który zaskoczył nas najbardziej, dotyczy wydajności emisji promieniowania elektronów w eksperymencie: podczas gdy najbardziej zaawansowane eksperymenty, które poprzedzały obecny, osiągnęły reżim, w którym w przybliżeniu tylko jeden elektron na sto emitował promieniowanie, tutaj udało nam się osiągnąć reżim oddziaływania, w którym każdy elektron emitował promieniowanie. Innymi słowy, byliśmy w stanie zademonstrować poprawę o ponad dwa rzędy wielkości w wydajności interakcji (zwanej również “siłą sprzężenia”). Wynik ten pomaga posunąć naprzód współczesny rozwój wydajnych źródeł promieniowania napędzanych elektronami. Dr Yuval Adiv z Technion
