Свет — мое призвание

Точная классическая теория явления была создана И. Е. Таммом и И. М. Франком в 1937 году. От ее создателей потребовалось большое научное мужество, ибо казалось, что они замахнулись на самые основы теории относительности. В те времена царило твердое убеждение, что электрон не способен двигаться быстрее света, который к тому же не может излучаться равномерно движущимся зарядом. Потребовалось немало сил, чтобы доказать, что эти представления, справедливые для вакуума, неприменимы к движению электронов в преломляющей среде. И. Е. Тамм и И. М. Франк показали, что даже в случае равномерного движения электронов в веществе будет излучаться свет, если их скорость превышает фазовую скорость света в данной среде. Была получена простая зависимость между скоростью частиц, вызывающих свечение, и направлением распространения излучаемой ими световой волны.

Новое открытие получило признание далеко не сразу. Многие ученые, в том числе и академик А. Ф. Иоффе, не смогли сразу оценить его значения. И. М. Франк вспоминал высказывание одного очень известного физика, который изрек: «В ФИАНе занимаются свечением какой-то грязи». Дело дошло до того, что в 1937 году международный журнал «Nature» отклонил статью П. А. Черенкова, представленную С. И. Вавиловым, которая была посвящена сопоставлению собственных экспериментальных результатов с теорией И. Е. Тамма и И. М. Франка. Понадобился не один год, чтобы жизнь заставила скептиков признать свою неправоту. В 1946 году «за открытие и исследование излучения электронов при движении их в веществе со сверхсветовой скоростью» С. И. Вавилов, П. А. Черенков, И. М. Франк и И. Е. Тамм были удостоены Государственной премии СССР.

В 1958 году «за открытие и толкование эффекта Черенкова» И. Е. Тамму, И. М. Франку и П. А. Черенкову была присуждена Нобелевская премия по физике. По существующему положению, Нобелевская премия присуждается лишь здравствующим ученым, поэтому в списке награжденных не было С. И. Вавилова. Однако открытое излучение по справедливости получило название излучения Вавилова — Черенкова.

Академик П. А. Черенков писал: «Результаты всех этих трудов Сергея Ивановича Вавилова стали одним из основных фундаментов современного учения о люминесценции. На базе этого фундамента стало возможным одно из важнейших открытий современной физики — открытие излучения частиц сверхсветовой скорости. Не останавливаясь на деталях этого открытия, я хотел бы сказать, что оно могло осуществиться только в такой научной школе, как школа С. И. Вавилова, где были изучены и определены основные признаки люминесценции и где были разработаны строгие критерии отличия люминесценции от других видов излучения. Не случайно поэтому, что даже в такой крупнейшей школе физиков, как парижская, прошли мимо этого явления, приняв его за обычную люминесценцию. Я специально подчеркиваю это обстоятельство потому, что оно полнее и, как мне кажется, правильнее определяет ту выдающуюся роль, которую сыграл С. И. Вавилов в открытии нового эффекта».

Открытие излучения Вавилова — Черенкова заложило основы нового раздела современной физики, изучающего электродинамику движущихся источников света в преломляющей среде со сверхсветовой (релятивистской) скоростью. Уникальные свойства излучения Вавилова — Черенкова в настоящее время широко используются для установления наличия и исследования свойств различных типов элементарных частиц высоких энергий. В частности, скорость частиц больших энергий может быть установлена по угловому распределению излучения Вавилова — Черенкова с очень высокой точностью, достигающей 0,1 процента.

Созданы специальные счетчики элементарных частиц (счетчики Черенкова), где в качестве приемника света используются фотоэлектронные умножители. Работа этих счетчиков основана на регистрации излучения Вавилова — Черенкова. По наличию и характеру этого излучения удается обнаружить не только сам факт присутствия элементарных частиц и с высокой точностью определить их скорость, но и установить их природу, решить, вызывается ли излучение электронами, позитронами, протонами или другими элементарными частицами.

Изучение свечения Вавилова — Черенкова привело к ряду выдающихся открытий. Так, с его помощью в 1955 — 1956 годах были открыты новые элементарные частицы — антипротон и антинейтрон, первые частицы антивещества, полученные в земных условиях.

Счетчики Черенкова широко используются при изучении космических лучей — потоков быстрых элементарных частиц, создаваемых космическим излучением в атмосфере Земли. Счетчики устанавливают на искусственных спутниках Земли и на космических ракетах. Созданы специальные спектрометры Черенкова, позволяющие с большой точностью и в широком диапазоне определять энергию гамма-лучей при проведении опытов с различными типами ускорителей. Излучение Вавилова — Черенкова применяют для генерации миллиметровых радиоволн, при решении проблемы создания управляемых термоядерных реакций, ряда важных астрофизических вопросов и т. д.