Поделиться
Предсказаны совершенно новые свойства черенковского излучения
Черенковское излучение, возникающее при прохождении заряженных частиц сквозь среду со скоростью, большей скорости света в этой среде, широко используется в детекторах частиц высоких энергий. Как правило, излучение концентрируется в конусе, ось которого совпадает с направлением пролета вызвавшей его частицы. Однако группе ученых из Массачусетского технологического института под руководством Джона Иоаннопулоса (John Ioannopoulos) удалось теоретически доказать, что в фотонных кристаллах дело обстоит совсем иным образом. Фотонные кристаллы представляют собой периодические структуры из наполненных воздухом пористых веществ, имеющие меньший показатель преломления, чем у самого пористого вещества. Периодические изменения показателя преломления создают в таких кристаллах "фотонную запрещенную зону", аналогичную запрещенной зоне в полупроводниковых материалах. Благодаря наличию такой зоны лишь излучение с определенными длинами волн способно пройти сквозь такой кристалл.Ученым из группы Иоаннопулоса удалось решить уравнения Максвелла для случая заряженной частицы, проходящей сквозь двумерный фотонный кристалл. Неожиданно выяснилось, что черенковское излучение, возникающее в таком кристалле, будет излучаться в направлении, обратном направлению движения инициировавшей его частицы. И что особенно удивительно - в таких материалах, в отличие от традиционно используемых, отсутствует пороговая скорость частицы, при превышении которой может наблюдаться черенковское излучение.
Расчеты показывают, что в фотонном кристалле может излучаться от 10 до 200 фотонов на квадратный сантиметр. Этого вполне достаточно, чтобы зарегистрировать сигнал от двумерной фотонной кристаллической структуры на основе кремния в лабораторных условиях. При этом уже разработанная математическая модель может быть без труда распространена и на случай трехмерных кристаллов.
Если предсказание физиков будет подтверждено экспериментом, черенковское излучение может найти новые, совершенно неожиданные области применения. Например, станет возможным создание детекторов частиц, позволяющих определять скорости движения этих частиц, а также источников черенковского излучения c регулируемой частотой.
Источник: по материалам PhysicsWeb.
Короткая ссылка
