Effetto Cherenkov: la polarizzazione del mezzo

Dopo il precedente post sull’effetto Cherenkov, mi è stata chiesta una spiegazione più dettagliata sulla polarizzazione del mezzo che è alla base del fenomeno.

Una particella che attraversa un mezzo genera un campo elettromagnetico che polarizza gli atomi del mezzo stesso. Poiché le particelle dei raggi cosmici sono principalmente cariche positivamente (sono infatti nuclei atomici), la polarizzazione consiste nel deformare gli atomi in modo che gli elettroni vengono a trovarsi più vicini alla particella con carica positiva. Il discorso in ogni caso rimane valido anche per particelle di carica negativa.

Gli elettroni, tornando in posizione di equilibrio dopo che la particella (e quindi il campo polarizzante) è passata, emettono fotoni. Questo fenomeno avviene solo se il mezzo attraversato è un isolante, in quanto in un conduttore gli elettroni possono tornare all’equilibrio senza emettere fotoni.

In condizioni normali (per v < c/n) la polarizzazione ha simmetria sferica e i fotoni emessi interferiscono distruttivamente e quindi la radiazione risultante emessa è nulla.

In condizioni superluminali (quando v > c/n) la particella viaggia più velocemente del campo di polarizzazione e quindi il mezzo è polarizzato solamente dietro alla particella, mentre gli atomi davanti alla particella ancora non hanno subito polarizzazione. In questo caso i fotoni emessi interferiscono costruttivamente e quindi viene emessa la radiazione Cherenkov. E’ interessante notare che questa radiazione è generata dal mezzo stesso e non direttamente dalla particella.