Zjawiska Comptona, Czerenkowa

          Początek wieku XX, politycznie okrutny (I wojna światowa, potem II), dla świata nauki był fascynujący.  Rodziło się nowe zrozumienie otaczajacego nas świata. Mikro świat ujawniał swoje sekrety. Nauka wykazała, że materia jako taka nie istnieje. Jest tylko produktem energetycznym. Zanikała różnica pomiędzy kwantami, a cząstkami, z grzeczności nazwanymi materialnymi. To co się rodziło w umysłach wybitnych fizyków znajdowało potwierdzenie w doświadczeniach. Wśród wielu doświadczeń bardzo znaczące były wykryte zjawiska Comptona i Czerenkowa.

           W 1917 r. Arthur Compton (ur. 1892) amerykański fizyk zaobserwował zjawisko rozpraszania promieniowania X (rentgenowskiego) i promieniowania gamma, czyli promieniowania elektromagnetycznego o dużej częstotliwości, na swobodnych lub słabo związanych elektronach, w wyniku którego następuje zwiększenie długości fali promieniowania. Za słabo związany uważamy przy tym elektron, którego energia wiązania w atomie, cząsteczce lub sieci krystalicznej jest znacznie mniejsza, niż energia padającego fotonu. Zjawisko przebiega w tym przypadku praktycznie tak samo, jak dla elektronu swobodnego. Inaczej mówiąc kwant zderzając się z elektronem oddaje mu część energii (fala wydłuża się), zmienia kierunek, a elektron zostaje odrzucony z pewną prędkością.    Zjawisko Comptona odgrywa istotną rolę w oddziaływaniu promieniowania gamma i rentgenowskiego z materią. W zakresie energii fotonów od kilkudziesięciu keV do kilku MeV rozpraszanie Comptona jest najbardziej prawdopodobnym rodzajem oddziaływania, jakiemu może ulec promieniowanie podczas przechodzenia przez materię. Ma więc decydujące znaczenie dla zdolności pochłaniania promieniowania w tym zakresie energii, przez co pośrednio gra zasadniczą rolę w radiobiologii, m.in. radioterapii.

    W 1934 r. Czerenkow (ur. 1904) rosyjski fizyk zauważył, że naładowana cząstka (elektron) poruszająca się w ośrodku materialnym z dużą prędkością (prędkością większą od prędkości fazowej światła w tym ośrodku) wywołuje promieniowanie elektromagnetyczne (nazwane promieniowaniem Czerenkowa) w stożku skierowanym w kierunku cząstki.  Zjawisko to w połączeniu ze znajomością pędu cząstki z jej zakrzywienia w znanym polu magnetycznym znalazło zastosowanie w identyfikacji cząstek elementarnych. Zjawisko to można porównać do uderzenia ponaddźwiękowej fali dźwiękowej.  Promieniowanie Czerenkowa można zaobserwować w reaktorach jądrowych. W wyniku reakcji zachodzących w reaktorze powstają wysokoenergetyczne, przenikliwe cząstki, które dostając się do wody będącej chłodziwem reaktora powodują powstawanie promieniowania Czerenkowa. W rezultacie woda dookoła rdzenia świeci na niebiesko. W Polsce można to zjawisko obserwować w reaktorze Maria w podwarszawskim Świerku. W fizyce cząstek elementarnych promieniowanie Czerenkowa ma zastosowanie w licznikach, służących do detekcji i precyzyjnego wyznaczania prędkości wysokoenergetycznych, naładowanych cząstek. Promieniowanie Czerenkowa jest także wykorzystywane w astrofizyce wysokich energii do detekcji wysokoenergetycznych kwantów gamma. Używa się w tym celu teleskopów optycznych rejestrujących promieniowanie Czerenkowa wywołane przez cząstki wytwarzane przez promieniowanie kosmiczne w wyniku oddziaływaniem kwantów gamma promieniowania kosmicznego z atmosferą Ziemi. Metoda ta, jako jedyna, pozwala na obserwacje kosmicznych źródeł promieniowania gamma z powierzchni Ziemi.

          Opisane zjawiska znalazły zastosowanie w identyfikacji cząstek elementarnych. Własności cząstek zdradzają swoją strukturę. Nie ma mowy o samodzielnym istnieniu substytutu którego zwykło się nazywać materią. Materia znika z naukowego oglądu rzeczywistości. Materialiści stracili grunt pod nogami. To co zostało (energia) upraszcza pogląd na budowę świata.  Na podstawie zdobytej wiedzy o kwantowej naturze świata lepiej można rozumieć Stwórcę i Jego paradygmaty.