L'effetto Cherenkov

Uno dei pilastri dell'odierna fisica moderna è legata alla non superabilità da parte di qualunque corpo dotato di massa della velocità della luce (c=300000 km/s). Tuttavia è da sottolineare che questa legge ha validità solo nel vuoto poichè, in un qualunque mezzo, la velocità della luce è in realtà inferiore e vale c/n dove n è una quantità caratteristica del mezzo attraversato e noto come indice di rifrazione. Questo rende possibile ad una particella dotata di sufficiente energia di poter viaggiare in un mezzo con una velocità maggiore di quella della luce nel mezzo stesso. In generale, una particella elettricamente carica produce una polarizzazione nel materiale attraversato. Se la particella è in regime non relativistico, la polarizzazione "segue" la particella, il processo è adiabatico e l'energia della particella viene conservata. Al contrario, gli atomi del mezzo, acquistano un momento di dipolo elettrico che scompare solo successivamente il passaggio della particella se questa possiede un energia relativistica. Come conseguenza, il materiale attraversato diventa localmente una sorgente impulsiva di onde elettromagnetiche. La radiazione non viene emessa in modo isotropo ma all'interno di un cono di emissione ed ha un'energia corrispondente alla luce visibile. Questa viene detta luce Cherenkov.

Luce cherenkov in atmosfera

Quando un raggio gamma entra nella nostra atmosfera, interagisce con gli atomi che la compongono e origina una "cascata" di particelle e fotoni gamma secondori che può propagarsi anche per tutto lo spessore dell'atmosfera, fino ad arrivare a terra se l'energia del raggio gamma iniziale (che chiameremo primario) è sufficientemente elevata. La componente più "leggera" di questi sciami, come elettroni e muoni, possono avere una energia talmente elevata da viaggiare ad una velocità maggiore della luce in atmosfera. In questo caso, lungo la traiettoria seguita da queste particelle, viene emesso un debole flash di luce Cherenkov. Questa luce si sviluppa tipicamente ad un'altitudine di circa 10 km e viene emessa all'interno di un cono di circa un grado di apertura e che dunque è in grado di "illuminare" una superficie di raggio 100-120 metri a terra.

La luce cherenkov emessa è molto debole, tuttavia, essa può venire rivelata con appositi strumenti: i telescopi Cherenkov. Uno o più strumenti di questo tipo sono infatti in grado di registrare il debole segnale luminoso prodotto dagli sciami atmosferici e permettere di risalire alle caratteristiche del primario. Guarda il video.