Radiación de Cherenkov
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La radiación de Cherenkov es el resplandor azulado que surge cuando una partícula cargada atraviesa un medio transparente más rápido de lo que la luz se propaga en él. Es el principio de detección de Super-Kamiokande, IceCube, KM3NeT y el Observatorio de Neutrinos de Sudbury.
Más rápido que la luz — pero no más rápido que c
La frase suena a contradicción y no lo es. Lo insuperable es únicamente la velocidad de la luz en el vacío. En el agua, la luz se mueve solo a unos tres cuartos de ese valor, porque las moléculas la absorben y la vuelven a emitir continuamente.
Un electrón, en cambio, no se ve frenado por ello. Puede por tanto ser perfectamente más rápido que la luz en el agua — sin violar la teoría de la relatividad.
La imagen de la ola de proa
Lo que ocurre entonces se conoce del agua y del aire.
Un barco que navega más despacio que sus propias olas empuja delante de sí una onda circular. Si navega más rápido, las olas quedan atrás y se superponen formando una ola de proa en forma de cuña. En un avión supersónico, el mismo fenómeno se llama cono de Mach.
En el caso de una partícula cargada en el agua se trata del equivalente electromagnético: un cono de luz que sigue a la partícula.
El ángulo de apertura de ese cono depende únicamente de la velocidad. De él puede leerse, por tanto, con qué rapidez iba la partícula — y en el agua hay un umbral nítido: por debajo de aproximadamente tres cuartos de la velocidad de la luz en el vacío no se forma cono alguno.
Por qué brilla en azul
La radiación no se reparte por igual entre los colores. Su intensidad crece hacia el extremo de onda corta — cuanto más azul, más.
Por eso el resplandor en las piscinas de los reactores aparece de un azul intenso. Quien haya visto alguna vez una foto de un reactor de investigación conoce ese color: procede de electrones de la desintegración de los productos de fisión que atraviesan el agua de refrigeración más rápido que la luz en ella.
Qué lee de ahí un detector
En la pared de un tanque de agua, el cono dibuja un anillo. De él pueden leerse tres cosas:
La dirección. La posición del anillo indica de dónde venía la partícula — y con ello, de qué dirección llegó el neutrino. Precisamente eso permitió a Masatoshi Koshiba demostrar por primera vez que los neutrinos medidos proceden efectivamente del Sol.
La energía. Cuanto más brillante es el anillo, más energética es la partícula.
El tipo de partícula. Aquí está el punto decisivo. Un electrón se desvía en el agua y genera una pequeña cascada; su anillo es difuso. Un muón avanza casi en línea recta; su anillo tiene un contorno nítido.
En esa distinción se basa el descubrimiento de Takaaki Kajita del año 1998. Solo pudo demostrar que faltan neutrinos muónicos y no neutrinos electrónicos porque el detector era capaz de distinguirlos.
El límite del procedimiento
La desventaja es el rendimiento. Un detector de agua obtiene por megaelectronvoltio solo algunos cientos de fotones; un centellador proporciona unos diez mil.
De ahí se sigue un umbral de detección más alto. Los neutrinos de baja energía — por ejemplo los de la reacción principal del Sol — permanecen invisibles para un detector de agua. Para eso hacen falta instalaciones como Borexino.
Los dos procedimientos se complementan, pues: el agua aporta dirección y grandes volúmenes; el centellador aporta sensibilidad.
Descubrimiento
Pável Cherenkov observó el resplandor en 1934 en Moscú. Iliá Frank e Ígor Tamm lo explicaron teóricamente en 1937. Los tres recibieron conjuntamente en 1958 el Premio Nobel de Física.
Términos relacionados
- Super-Kamiokande — la aplicación más conocida
- Centellador — el otro principio de detección
- Takaaki Kajita — lo que hizo posible la forma del anillo
- IceCube — el mismo principio en el hielo
Fuentes
- P. A. Cherenkov: Visible emission of clean liquids by action of γ radiation, Doklady Akademii Nauk SSSR 2, 451 (1934).
- Fundación Nobel: Premio Nobel de Física 1958.