RADIAÇÃO CHERENKOV

Durante seus experimentos e estudos com rádio, Pierre e Marie Curie identificaram, em 1900, uma luz azulada. Na década de 1920 cientistas notaram que alguns objetos transparentes, como o ar, o vidro e a água também poderiam emitir essa mesma luz próximos a radiação, sendo a sua origem um total mistério.

Pavel Cherenkov estudou os efeitos de substâncias radioativas em líquidos e descobriu, em 1934, que algumas substâncias quando imerso em água emitiam o mesmo brilho característico. Cherenkov conseguiu comprovar a origem de tal fenômeno, o qual é proveniente do subproduto dos raios gama: os elétrons. Devido a sua grande descoberta, a radiação recebeu o seu nome como homenagem.

Raios gamas são fótons de alta energia e ao passar perto de um núcleo atômico a sua energia é convertida em um par, sendo constituído de um elétron e um pósitron (partícula e anti-partícula). Esse elétron, além de possuir grande energia também apresenta uma alta velocidade e, devido a interação da sua carga com a sua velocidade em um meio material é possível emitir luz.

Para que a radiação de Cherenkov ocorra e a luz azulada seja emitida, o elétron precisa estar se movendo mais rápido que a velocidade da luz no meio material. É devido a essa condição que a água pode apresentar uma cor, pois nesse mesmo meio a luz apresenta uma velocidade menos.

Quando uma partícula carregada se movimenta em um meio, acaba excitando as moléculas. Estas, por sua vez, emitem radiação eletromagnética quando retornam ao seu estado fundamental. As ondas emitidas se espalham de forma esférica e acabam se adicionando quando a velocidade da partícula é maior do que a velocidade da luz no meio, como mostra a imagem abaixo.

v representa a velocidade da partícula no meio e c representa a velocidade da luz no mesmo meio
  • Se a velocidade da partícula for muito inferior à da luz, o campo elétrico do elétron vai distorcer os átomos e o meio fica polarizado nessa região. Devido à simetria do campo de polarização ao redor do elétron, não haverá campo resultante e nem radiação emitida.
  • Se a velocidade da partícula for próxima à da luz, o campo de polarização não será completamente simétrico, resultando em um campo dipolar e assim, cada elemento vai irradiar um curto pulso eletromagnético.
  • Se a velocidade da partícula é mais alta que a velocidade da luz, nesse caso haverá um campo resultante. A radiação será somente observada a um ângulo particular com respeito à trajetória da partícula, segundo:

Em 1937, os cientistas Igor Tamm e Ilya Frank desenvolveram uma teoria acerca do tema e, no ano de 1958, juntamente com Pavel Cherenkov ganharam o prêmio Nobel de Física pela demonstração da emissão de radiação por partículas carregadas rápidas em meios não condutores. 

Frank e Tamm mostraram que as intensidades da radiação emitidas por um elétron se movendo uniformemente em um meio são somadas na direção definida pelo ângulo de Cherenkov, como representada na imagem abaixo, onde as setas azuis apontam para a direção da radiação e a velocidade da luz no meio é dada por c/n.

A radiação de Cherenkov possui diversas aplicações, como na medicina (para detectar pequenas concentrações de biomoléculas), reatores nucleares (a intensidade dessa radiação está relacionada à frequência dos eventos de fissão, assim é uma forma de medida da intensidade da reação) e experimentos de astrofísica e física de partículas (para determinar a fonte e a intensidade de raios cósmicos e propriedades de objetos astronômicos que emitem raios gama, alguns exemplos: IceCube, SNO, VERITAS, HESS).

Referências Bibliográficas

Radiação de Cherenkov 

Radiação de Cherenkov