Tcherenkov, effet - astronomie.

Tcherenkov, effet - astronomie. 1 PRÉSENTATION Tcherenkov, effet, phénomène lumineux qui se produit dans le sillage d'une particule chargée (par exemple un électron) lorsque celle-ci se déplace dans un milieu matériel transparent, à une vitesse supérieure à celle des ondes électromagnétiques dans ce même milieu. L'existence de l'effet Tcherenkov a été prédite en 1904 par le physicien allemand Arnold Sommerfeld, comme l'équivalent optique de l'onde de choc acoustique. Toutefois, Sommerfeld prévoyait cet effet dans le vide, car il n'était pas encore démontré à cette époque que la vitesse c (célérité) des ondes électromagnétiques est une limite absolue pour la vitesse des particules matérielles. L'effet a été observé expérimentalement dans l'eau par le médecin français Mallet en 1926, mais n'a été réellement étudié qu'en 1934 par le physicien russe Pavel Tcherenkov qui a su identifier le phénomène observé. 2 DESCRIPTION Alors que dans le vide la vitesse de propagation c des ondes électromagnétiques est la limite supérieure (soit 300 000 km.s-1) pour la vitesse de particules matérielles, il est néanmoins possible d'injecter dans un milieu matériel des électrons ayant une vitesse supérieure à c/n, où n est l'indice optique du milieu (par exemple n = 4/3 pour l'eau). Ces vitesses restent très élevées (pour l'eau c/n = 225 000 km.s-1, ce qui correspond à une énergie de 0,2 MeV), et on parle alors de particules chargées de haute énergie. L'émission de lumière ainsi provoquée est similaire à l'onde de choc acoustique qui se forme dans l'air, dans le sillage d'un avion qui dépasse la vitesse du son (bang supersonique). L'émission Tcherenkov forme un spectre continu de radiations monochromatiques, et la lumière produite est fortement polarisée. La lumière est émise sous un angle déterminé par la vitesse de la particule chargée et par l'indice n du milieu. Si le milieu est dispersif, n dépend de la longueur d'onde de la lumière et l'effet Tcherenkov prend alors un aspect irisé, comme un arc-en-ciel. 3 APPLICATIONS De façon pratique, la radiation émise par un électron de haute énergie peut être enregistrée à l'aide d'un photomultiplicateur : l'effet Tcherenkov est ainsi utilisé pour la détection d'électrons de haute énergie ou de rayons bêta dans l'étude de réactions nucléaires. L'observation de l'effet Tcherenkov la plus courante est réalisée dans le coeur des réacteurs nucléaires, où ce phénomène se traduit par une émission de lumière bleutée caractéristique. Par ailleurs, l'effet Tcherenkov est également utilisé pour la détection de neutrinos massifs. Cette étude fondamentale, dont l'objectif est de déterminer si les neutrinos possèdent une masse non nulle, est menée par une équipe de chercheurs américano-japonaise au Japon, à l'aide d'un gigantesque détecteur baptisé « SuperKamiokande «. Ce dernier est doté d'un ensemble de photomultiplicateurs qui scrutent une cuve de 50 000 tonnes d'eau ultra-pure, à la recherche de collisions protonsneutrinos : lorsqu'une telle collision a lieu et crée une particule chargée, celle-ci émet alors un éclair bleuté de lumière Tcherenkov. Les résultats de cette étude, publiés en 1998, tendent à prouver que la masse des neutrinos n'est pas nulle. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.