Pavel_Tšerenkov
Elu ja looming
Aastast 1932 hakkas ta juhendajaks saanud Sergei Vavilovi algatusel kandidaaditöö jaoks uurima gammakiirguse luminestsentsi vedelikes (sealhulgas uranüülsoolade lahus väävelhappes)raadiumi gammakiirguse toimel. Peagi viidi osakond üle Moskvasse ja sellest sai NSV Liidu Teaduste Akadeemia P. N. Lebedevi Füüsika Instituut. Ta näitas, et peaaegu kõikidel juhtudel tekitavad valgust tuntud põhjused, näiteks fluorestsents. Töö käigus avastas ta Tšerenkovi kiirguse ehk Tšerenkovi efekti ehk Tšerenkovi-Vavilovi kiirguse ehk Vavilovi-Tšerenkovi kiirguse ehk Vavilovi-Tšerenkovi efekti. Gammakiirgus tekitas rahuldava seletuseta nõrka helesinist helendust, mis erines tavalisest luminestsentsist. (Seda helendust olid märganud ka Marie Curie ja Pierre Curie, kes pidasid seda luminestsentsi liigiks.) Lihtsate, kuid töömahukate, kannatlikkust, leidlikkust ja tähelepanelikkust nõudvate katsetega tegi Tšerenkov kindlaks selle omadusi, kasutades nägemisläve fotomeetriat (ta tugines kauasest pimeduses viibimisest teravnenud nägemisele). Juba esimestes katsetes selgus kiirguse ebatavaline polariseeritus paralleelselt langevate gammakiirte suunaga, mittetundlikkus luminestsentsi kustutamistegurite suhtes ning energia kasv kiirgusspektris algsete gammakvantide lainepikkuse vähenemisel. Tšerenkov eemaldas kahekordselt destilleeritud vee abil kõik lisandid, mis võisid olla fluorestsentsi varjatud allikad. Ta kasutas kuumutamist ja lisas näiteks kaaliumjodiidi ja hõbenitraati, mis vähendavad tavalise fluorestsentsi helendust ja muudavad selle teisi omadusi, ning kordas katseid kontroll-lahustega. Kontroll-lahustes muutus valgus tavalisel kombel, kuid helesinine helendus jäi muutumatuks. Vavilov jõudis 1934 järeldusele, et vedelikus vaadeldud sinine helendus pärineb kiiretelt elektronidelt, mis moodustuvad gammakiirguse Comptoni efekti tõttu, kuid pidas seda ekslikult pidurkiirguseks. Tšerenkov uuris seda kiirgust põhjalikult veel mitu aastat. Alles osaliselt juhuslikult 1936 avastatud kiirguse asümmeetria veenis Tšerenkovi ennast ja tema töökaaslasi, et nähtus on reaalne, ja andis võtme selle mõistmiseks. Leiti, et elektroni trajektoori ja kiiratud valguse vaheline nurk on kooskõlas Huygensi printsiibiga. Samas instituudis töötanud Ilja Frank ja Igor Tamm näitasid 1936, et Tšerenkovi kiirgus on lokaalset valguse kiiruse keskkonnas ületavate laetud osakeste kiirgus. Nende teooriast järeldub, et mis tahes laetud osake, mis liigub läbipaistvas keskkonnas kiiremini valguse faasikiirusest selles keskkonnas, kiirgab valgust. Tšerenkovi kiirguse koonus on analoogne lainega, mis tekib paadi liikumisel kiirusega, mis ületab lainete levimise kiiruse, ning helibarjääri ületava lennuki liikumisel. Frank osales ka mõnedes katsetes. Tšerenkov tegi 1936 ja 1937 katseid, mis kinnitasid Franki ja Tammi klassikalisel elektrodünaamikal põhineva teooria kvantitatiivset paikapidavust. Ta mõõtis ligikaudselt kiirguse karakteristlikku nurka (Tšerenkovi kiirguse põhiomadus on see, et ta on suunatud laetud osakese liikumissuuna suhtes teravnurga all; helesinine helendus ei kiirgu kõigis suundades, vaid levib langevate gammakiirte suhtes edasi ning moodustab valguskoonuse (Tšerenkovi koonuse), mille telg langeb gammakiirte trajektooriga kokku) ning selle sõltuvust keskkonna murdumisnäitajast ning määras hea täpsusega energiajaotuse kiirgusspektris ja helenduse absoluutset heledust. 1937. aasta keskpaigas keeldus ajakiri Nature avaldamast Tšerenkovi artiklit "Visible Radiation Produced by Electrons Moving in a Medium with Velocities Exceeding That of Light". Samal aastal avaldas artikli aga ajakiri Physical Review ning varsti leidis nähtus kinnitust ja aktsepteerimist. G. S. Landsberg nimetas Tšerenkovi töid nõukogude teaduse ehteks. V. L. Ginzburg töötas hiljem välja Tšerenkovi kiirguse kvantteooria. (Oliver Heaviside oli seda nähtust ennustanud juba 1888 ja Arnold Sommerfeld 1995.) Aastal 1937 märkas Tšerenkov, et nähtust on võimalik kasutada relativistlike laetud osakeste kiiruse mõõtmiseks. See võimalus teostati palju hiljem, kui paranes nõrkade valgussähvatuste registreerimise tehnikad fotokordistite ja kujutise võimendite abil. Tšerenkovi kiirgusel põhinevad kiirete laetud osakeste detektorid (Tšerenkovi loendurid) kujunesid suurte energiate füüsikas asendamatuteks. Nendega hakati mõõtma kiirendites moodustuvate ja kosmilises kiirguses leiduvate üksikute suure kiirusega osakeste kiirust. Mida kiiremini osake liigub, seda kitsam on Tšerenkovi koonus. Et Tšerenkovi kiirgusel on energeetiline lävi ja ta koosneb lühiimpulssidest, siis saab Tšerenkovi loenduri abil hajutada väikese energiaga osakesi ja eristada peaaegu üheaegselt saabuvaid osakesi. Osakeste registreerimisega kaasneb teave osakese massist ja energiat. Sellise detektoriga avastasid Owen Chamberlain ja Emilio Segrè 1955. aastal antiprootoni, samal põhimõttel töötas kosmiliste kiirte loendur tehiskaaslasel Sputnik-111. Tšerenkovi tehnika on peamine viis erineva massiga osakeste eristamiseks kiirendikatsetes. Osakese impulssi mõõdetakse magnetilise kallutamise kaudu ning kiirust Tšerenkovi kiirguse nurga või intensiivsuse kaudu. Gaasides saab seda tehnikat kasutada isegi energiatel, mis ületavad 100 GeV. Teine laialt kasutatav rakendus on Tšerenkovi kalorimeeter, millel põhinevad gammaastronoomia ja maa-alused katsed sealhulgas looduslikku päritolu neutriinode avastamiseks. 1946. aastal sai Tšerenkov Tšerenkovi kiirguse avastamise eest Stalini preemia, 1958 Nobeli füüsikaauhinna. Manne Siegbahn ütles auhinnatseremoonial peetud kõnes: "Tšerenkovi efektina tuntud nähtuse avastamine on huvitav näide, kuidas suhteliselt lihtne füüsikaline tähelepanek võib õige lähenemise korral viia tähtsate avastusteni ja rajada uusi teid edasiseks uurimistööks."