Efecto Cherenkov: Las imágenes de película de los reactores nucleares

Las partículas subatómicas, cuando consiguen suficiente energía, pueden viajar más rápido que la luz en mucho medios. Esto no contradice el límite cósmico puesto que este está fijado como la velocidad de la luz en el vacío, pero en el resto de medios, la luz viaja más lento. Cuando una partícula, como un neutrino, viaja más rápido que la luz en un determinado medio, como el agua, se produce un fenómeno sorprendente: el efecto Cherenkov. Este efecto es uno de las formas de detectar partículas más usado en la actualidad.

Pavel Cherenkov nació en Rusia en 1904 y murió en 1990 tras una dilatada carrera en el campo de la física subatómica. Entre los muchos logros y premios que recibió destaca un premio Nobel de Física que compartió con Ilya Frank y Igor Tamm y que lograron tras descubrir la radiación que hoy lleva el nombre de nuestro físico. El efecto Cherenkov, que es el fenómeno de producción de radiación Cherenkov y del que ahora hablaremos con más detalle, es hoy día uno de los pocos métodos de que disponemos para detectar neutrinos.

¿Qué es el efecto Cherenkov?

Vamos a empezar con un ejemplo; la luz viaja a 224 844 344 m/s en el agua (75% de su velocidad en el vacío = c) mientras que un neutrino puede hacerlo a más de 269 813 212 m/s (90% de c) de forma que en el agua, un neutrino viaja más rápido que la luz. Cuando esto ocurre, el neutrino (o cualquier otra partícula con esta velocidad) emite radiación electromagnética, que no es más que luz de diferentes longitudes de onda. Esto es lo que se conoce como efecto Cherenkov.

Las partículas en cuestión emiten fotones dejando detrás de sí un cono de luz que viaja a la velocidad de la luz en ese medio. Para poder estudiar la velocidad y el camino que siguió la partícula necesitamos colocar unos cuantos fotodetectores y reconstruir el camino, de forma inversa a como véis en la animación justo sobre estas líneas. Esto puede parece un problema más que un avance puesto que ahora en vez de detectar una partícula necesitamos detectar un montón de ellas con alto detalles. La diferencia es que conocemos perfectamente cómo detectar fotones, pero aún no sabemos bien cómo detectar neutrinos.

Para qué sirve el efecto Cherenkov

Hablando de neutrinos, el efecto Cherenkov es una de las formas más eficientes de detección de estas esquivas partículas, sobre las que ya fantaseamos como medio de comunicación. En particular en el detector de neutrinos japonés, el Super Kamiokande, se intentan detectar mediante una enorme piscina de agua y una gigantesca matriz de fotodetectores, tal y como podemos ver en la foto justo debajo. Esto se puede hacer debido a que la longitud de onda y la intensidad de la radiación dependen del tipo de partícula y de la velocidad a la que se mueva.

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Pero no todo los relativo al efecto Cherenkov es física fundamental, hay una parte artística muy interesante. En los reactores nucleares, se liberan grandes cantidades de energía y en muchas ocasiones son partículas ultrarrápidas las que portan esa energía. Puesto que los reactores están sumergido en agua para su refrigeración, el efecto Cherenkov se produce contantemente en estos reactores. Tanto la imagen primera como la que veis sobre estas líneas son un ejemplo del efecto Cherenkov en acción, dejando una estampa futurista, tétrica y sobrecogedora.

Como siempre para acabar os animamos a comentar las dudas y sugerencias debajo, aunque parece que ni aún así se os quita el miedo.