Pavel Tšerenkov

Pavel Aleksejevitš Tšerenkov (Павел Алексеевич Черенков; 28. juuli (15. juuli 1904 Novaja Tšigla, Bobrovi maakond, Voroneži kubermang (praegu Voroneži oblasti Talovaja rajoon) – 6. jaanuar 1990 Moskva) oli vene füüsik.

Tema uurimisvaldkonnad olid füüsikaline optika, tuumafüüsika ja suurte energiate osakestefüüsika.

Elu ja looming

Tema vanemad Aleksei Jegorovitš ja Marija olid jõukad talupojad. OGPU/NKVD arreteeris isa kaks korda. 1930. aasta lõpus tehti ta kulakuks. Esseeride parteisse kuulumise ja 1930. aasta "kulakute" kokkutulekul osalemise eest mõisteti ta 1931. aastal asumisele. 1937. aastal arreteeriti ta uuesti ning 1938. aastal mõisteti süüdi kontrrevolutsioonilises agitatsioonis ja lasti 1938. aastal maha.

Pavel lõpetas 1917 kodukülas kogudusekooli. Vene kodusõja ajal käis küla 18 korda käest kätte, aga õppida oli võimalik. Pavel töötas lihttöölisena ja hiljem kontoriteenistujana. 1920. aastal õppis ta kodukülas edasi ja sai keskhariduse 1924. Aastatel 1922–1924 töötas ta ühtlasi Voroneži riikliku õlitrusti Novaja Tšigla kogumispunkti arveametnikuna. Aastatel 1924–1928 õppis ta Voroneži Riikliku Ülikooli füüsika-matemaatikateaduskonna, mille ta lõpetas kiitusega. Ta suunati tööle Kozlovi (praegu Mitšurinski) linna füüsikaõpetajaks. Sealsetes koolides töötas ta kaks aastat. 
Aastal 1930 astus ta Leningradis Füüsika ja Matemaatika Instituudi aspirantuuri.

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."

Aastal 1935 kaitses ta kandidaaditöö ning asus vanemteadurina samas instituudis tööle. Selles instituudis töötas ta surmani, hiljem laboratooriumijuhatajana. Aastal 1940 kaitses ta doktoritöö Tšerenkovi kiirguse kohta.   

Teise maailmasõja ajal töötas Teaduste Akadeemia ülesandel Tšerenkov välja mõningaid tuumafüüsika meetodeid kasutavaid kaitseotstarbelisi akustilise pelengatsiooni seadmeid. Aastatel 1941–1943 töötas ta evakueerituna Kaasanis. 

Aastatel 1944–1947 oli ta Füüsika Instituudi teadussekretär. 

Aastal 1946 astus ta ÜK(b)P-sse.

Tšerenkov uuris kosmilist kiirgust ning avastas selle sekundaarse koostisosana mitmelaengulised ioonid. 

1946. aastast osales Tšerenkov Vladimir Veksleri laboratooriumis esimeste elektronide kiirendite loomisel. Loodi algul beetatron ning siis elektronide sünkrotron, millega neid kiirendati energiale 150 MeV, hiljem 250 MeV. Tšerenkovi juhtimisel hakati selle sünkrotroni põhisõlmi täiustama, nii et sellest sai maailma juhtiv seda laadi seade. See võimaldas hakata Nõukogude Liidus uurima elektromagnetilise vastasmõju füüsikat keskmiste energiate piirkonnas.

Aastatel 1959–1988 juhatas Tšerenkov NSV Liidu Teaduste Akadeemia Füüsika Instituudi (Lebedevi Füüsika Instituudi) fotomesonprotsesside laboratooriumi, mis hakkas uurima põhiliselt elementaarosakeste elektromagnetilist vastastikmõju. Tšerenkovi juhtimisel uuriti footonite ja nukleonide vastastikmõju ning heeliumi ja teiste kergeimate aatomituumade fotolõhestumist (fotolagunemist) energiatel kuni 250 MeV. Uuriti ja aatomisiseste osakeste fotoproduktsiooni. 

Koos J. M. Adoga töötas ta välja uue meetodi põrkuvate elektronide ja positroni kimpude saamiseks sünkrotronidel.

Tšerenkovi juhtimisel hakati Krasnaja Pahras (Troitskis) looma Füüsika Instituudi uut kompleksi elektromagnetiliste vastastikmõjude uurimiseks. Sinna rajati kiirendi osakeste kiirendamiseks energiani 1,3 GeV ning moodne mõõtmis-registreerimiskeskus. Enne kompleksi valmimist töötati Dubna ja Serpuhhovi kiirenditel. Koos Suurte Energiate Füüsika Instituudi ja Jerevani Füüsika Instituudiga 1970 loodi Serpuhhovi prootonite kiirendil elektronide kimpe energiaga 70 GeV. 1970ndatel uuris Tšerenkovi laboratoorium uue kiirendiga esimest korda eksperimentaalselt ondulaarkiirgust tsüklilise elektronide kiirendi orbiidilt. Lihtsate ja veenvate katsetega uuriti sünkrotroni sirgvahemikku paigaldatud ondulaatori kiirguse spektraal-, nurga- ja polarisatsioonikarakteristikuid. Ta juhtis uurimistööd ka CERN-i kiirendil ja Hamburgis. Troitskisse rajas ta linna esimese tenniseväljaku.

1988. aastast töötas ta Füüsika Instituudi nõunikuna. 

Tšerenkov õpetas 1944–1951 Moskva Energeetikainstituudis (1948. aastast professor) ja 1951–1981 oli Moskva Füüsikainseneride Instituudi füüsikaprofessor.

Teaduste Akadeemias oli ta 1967–1990 laetud osakeste kiirendamise teadusnõukogu liige, 1967–1990 elektromagnetiliste vastastikmõjude teadusnõukogu liige, 1971–1990 Tuumafüüsika osakonna büroo liige.

Ta oli 1965. aastast Ülemaailmse Rahukaitsekomitee presiidiumi ja Euroopa Julgeoleku ja Koostöö Nõukogude Komitee liige ning osales Pugwashi liikumises. Muus osas hoidus ta ühiskondlik-poliitilisest tegevusest.

Tšerenkov suri mehaanilisse kollatõppe. Ta on maetud Novodevitšje kalmistule.

Tunnustus
10. juuni 1945 – Tööpunalipu orden
1946 – esimese järgu Stalini preemia koos Vavilovi, Franki ja Tammiga Tšerenkovi kiirguse avastamise eest
1946 – medal "За доблестный труд в Великой Отечественной войне 1941–1945 гг."
1948 – medal Moskva 800. aastapäeva mälestuseks 
1951 – Stalini preemia koos autorite kollektiiviga elektronide sünkrotroni loomises osalemise eest
27. märts 1954 – orden Austuse märk  
1958 – Nobeli füüsikaauhind koos Ilja Franki ja Igor Tammiga "Tšerenkovi efekti avastamise ja tõlgendamise eest"
1964 – NSV Liidu Teaduste Akadeemia korrespondentliige
28. juuli 1964 – Lenini orden
1970 – NSV Liidu Teaduste Akadeemia akadeemik
1970 – medal Vladimir Iljitš Lenini 100. sünniaastapäeva tähistamiseks
26. juuli 1974 – Lenini orden
1975 – juubelimedal "30 aastat võidust"
1977 – NSV Liidu riiklik preemia tööde tsükli eest kergete tuumade lõhestamise kohta suure energiaga gammakvantide poolt
1981 – kuldmedal Teenete eest teaduses ja inimkonna ees (Tšehhoslovakkia Teaduste Akadeemia)  
27. juuli 1984 – sotsialistliku töö kangelane, Lenini orden, kuldmedal Sirp ja Vasar teenete eest füüsikateaduse arendamisel, teaduslike kaadrite ettevalmistamisel ja seoses 80. sünnipäevaga
1985 – juubelimedal "40 aastat võidust"
teine Tööpunalipu orden

Publikatsioonid
Черенков П. А. Видимое свечение чистых жидкостей под действием g-радиации. – Доклады АН СССР, 1934, т. 2, № 8.

Isiklikku
Aastal 1930 abiellus Tšerenkov Voroneži ülikooli vene kirjanduse professori Aleksei Putintsevi, Ivan Nikitini majamuuseumi rajaja tütre Marija Putintsevaga, kes oli samal aastal lõpetanud Voroneži ülikooli pedagoogikateaduskonna vene keele ja kirjanduse osakonna ning oli samuti suunatud Kozlovi linna. Neil sündisid poeg Aleksei (1932) ja tütar Jelena (1936).

Novembris 1930 Aleksei Putintsev arreteeriti seoses kodu-uurijate kohtuasjaga.

Alates 1962. aastast elas Tšerenkov Moskvas Lenini prospekti lähedal füüsikainstituudi läheduses.

Tšerenkov oli tagasihoidlik. Ta ei nõudnud enda kaasamist Tšerenkovi kiirguse rakenduste väljatöötamisse. Võib-olla ta isegi vältis Tšerenkovi tehnika kasutamist oma katsetes. Tema suurem panus jäi 1930. aastatesse ning ta rõhutas Vavilovi, Franki ja Tammi otsustavat osa avastuses.

Mälestuse jäädvustamine
Tšigla keskkool kodukülas kannab tema nime. Seal on ka mälestustahvel.

Aastal 1994 andis Venemaa Post tema auks välja postmargi.

La Palma saarel töötab Tšerenkovi teleskoop.

Märkused

Kirjandus
Павел Александрович Черенков (к 70-летию со дня рождения). – Успехи физических наук, т. 113, вып. 3, 1974.

Välislingid
Hauamonument Novodevitšje kalmistul
Foto

Venemaa füüsikud
Nobeli füüsikaauhinna laureaadid
Novodevitšje kalmistule maetud
Sündinud 1904
Surnud 1990