Effet Tcherenkov - Définition

Source: Wikipédia sous licence CC-BY-SA 3.0.
La liste des auteurs est disponible ici.
Radiation Tcherenkov provenant de l'intérieur du cœur du réacteur nucléaire Triga
Radiation Tcherenkov provenant de l'intérieur du cœur du réacteur nucléaire Triga

Articles de
physique quantique
Théorie quantique
Électrodynamique quantique
Mécanique quantique
Théorie des champs
Modèle standard
Statistiques quantique
Bose-Einstein
Fermi-Dirac
Maxwell-Boltzmann
Physiciens
Bohr - de Broglie
Bose - Einstein
Fermi - Dirac
Heisenberg - Pauli
Schrödinger - Feynman

L'effet Tcherenkov est un phénomène similaire à une onde de choc, produisant un flash de lumière, et, qui a lieu lorsqu’une particule chargée se déplace dans un milieu avec une vitesse supérieure à la vitesse de la lumière du milieu.

C'est cet effet qui provoque la luminosité bleue de l'eau entourant le cœur d'un réacteur nucléaire.

Explication du phénomène

Dans un milieu matériel, la lumière se déplace à une vitesse c1 inférieure à c[1] .

Soit un milieu matériel transparent d'indice de réfraction n. La vitesse de la lumière dans ce milieu vaut c1=c/n. (par définition de l'indice de réfraction). Soit une particule chargée qui se déplace, dans le milieu matériel considéré, à une vitesse v supérieure à c1. Cela est tout à fait envisageable pour des particules très légères et très énergétiques. La particule chargée interagit tout au long de sa trajectoire avec le milieu qu'elle traverse. En effet, elle perturbe temporairement la polarisation des couches électroniques des atomes rencontrés, ce qui provoque une émission radiative. Ainsi, chaque atome rencontré par la particule devient successivement émetteur d'un rayonnement au passage de la particule. Cette émission est donc provoquée à la vitesse v. Or l'onde émise se propage à une vitesse c1 inférieure à v. L'interférence de chacune des ondes émises par chaque atome perturbé est alors constructive. Un front d'onde cohérent apparaît sous la forme d'un cône de lumière. La fréquence de cette onde constructive correspond généralement, pour l'effet Tcherenkov dans l'eau, à celle du bleu ou de l'ultra-violet.

L’analogie entre l’effet Tcherenkov et l'onde de choc est facile à faire. Un avion se déplaçant plus vite que le son dans l’air crée une onde de choc sur laquelle toutes les ondes sonores se retrouvent. La correspondance avec l’effet Tcherenkov se fait en remplaçant l’avion assimilé à un point par une particule chargée et le son par la lumière. Nombre de Mach fournit un schéma qui est directement applicable ici.

Historique

L’effet Tcherenkov est un exemple d’observation d’un phénomène physique simple et menant à des applications remarquables. Il était connu depuis les travaux de Marie Curie de 1910 que l'eau soumise à une source radioactive produisait de la lumière. Jusqu'en 1926, l'explication admise était la fluorescence produite par des solutés. Mais entre 1926 et 1929, Lucien Mallet analysant plus profondément la question remarqua que le spectre lumineux produit était continu, alors que la fluorescence donne un spectre discret.

En outre, entre 1934 et 1937, Pavel Tcherenkov a prouvé que la radiation produite est indépendante de la composition du liquide, ce qui était en désaccord avec la théorie de la fluorescence.

Les recherches de Tcherenkov établissaient les propriétés générales de la radiation. Cependant, une description mathématique de l’effet était toujours absente. C’est là qu’interviennent les deux collègues et co-lauréats du prix Nobel de 1958, Il'ja Frank et Igor Tamm : ils ont donné une explication mathématique rigoureuse et simple. L'effet Tcherenkov est produit par l'effet Compton, provoqué par les rayons gamma dus à la radioactivité, sur les électrons du milieu.

L’effet Tcherenkov joue un rôle capital dans la physique contemporaine. Il intervient dans la détection des particules (Observatoire de neutrinos de Sudbury, Antarctic Muon and Neutrino Detector Array, Super Kamiokande) ou encore dans les accélérateurs de particules. Cette méthode est particulièrement simple et requiert très peu d’information pour pouvoir déduire la masse et la vitesse d’une particule. C’est pourquoi on la retrouve dans toutes les installations de physique subatomique.

Effet Tcherenkov dans l'espace

Les astronautes des missions Apollo s'étaient tous plaints de phosphènes lors de leurs missions. On découvrit que ces troubles visuels lumineux étaient dues à l'effet Tcherenkov de particules du vent solaire à l'intérieur du liquide oculaire des astronautes.

Notes et références

  1. vitesse de la lumière dans le vide, c = 299 792 458 mètres par seconde
Page générée en 0.006 seconde(s) - site hébergé chez Contabo
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
A propos - Informations légales | Partenaire: HD-Numérique
Version anglaise | Version allemande | Version espagnole | Version portugaise