Cerenkov-Strahlung
Das blaue Leuchten, das entsteht, wenn geladene Teilchen sich schneller als Licht durch ein Medium bewegen.
Cerenkov-Strahlung (auch Tscherenkow-Strahlung) ist das charakteristische blaue Leuchten, das entsteht, wenn ein geladenes Teilchen sich durch ein transparentes Medium schneller bewegt als das Licht in diesem Medium. Benannt nach dem sowjetischen Physiker Pawel Tscherenkow, der den Effekt 1934 experimentell nachwies und dafür 1958 den Nobelpreis erhielt.
Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum wird dabei nicht überschritten. In Wasser beispielsweise beträgt die Lichtgeschwindigkeit nur etwa 75 % des Vakuumwerts, sodass hochenergetische Teilchen diese Grenze übertreffen können. Der Effekt ist das optische Analogon zum Überschallknall.
Das blaue Leuchten ist in Kernreaktoren sichtbar, wo es das Kühlwasser zum Strahlen bringt. Neutrino-Detektoren wie IceCube am Südpol oder Super-Kamiokande in Japan nutzen Cerenkov-Strahlung, um hochenergetische Neutrinos nachzuweisen. In der Science Fiction verwendet Larry Niven den Effekt in seiner Known-Space-Serie, und in der Realität dient das charakteristische Blau als visuelles Symbol für Kernenergie.
Technisch gesehen hängt die Stärke der Cerenkov-Strahlung von der Geschwindigkeit des Teilchens und dem Brechungsindex des Mediums ab. Schnellere Teilchen strahlen mehr Photonen aus, und das Abstrahlungswinkel-Spektrum gibt Rückschlüsse auf die Teilchengeschwindigkeit. Das macht Cerenkov-Detektoren zu präzisen Messwerkzeugen: In Ringbild-Cerenkov-Detektoren (RICH-Detektoren) an Teilchenbeschleunigern wie dem CERN wird der Öffnungswinkel des Lichtkegels genutzt, um Teilchenarten zu identifizieren.
Für die Astrophysik ist die Cerenkov-Strahlung besonders wertvoll bei der Erforschung kosmischer Strahlung. Wenn hochenergetische Protonen oder Photonen aus dem Weltall in die Erdatmosphäre eintreten, erzeugen sie Teilchenschauer, und diese Schauer strahlen kurze Blitze von Cerenkov-Licht aus. Teleskope wie MAGIC auf La Palma oder HESS in Namibia fangen genau diese atmosphärischen Cerenkov-Blitze auf, um Quellen hochenergetischer Gammastrahlung zu kartieren. Der blaue Schein im Reaktorkern und das Flimmern über einem Hochenergiedetektor sind dasselbe Phänomen, nur im Maßstab um viele Größenordnungen verschieden.
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