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Tscherenkow-Strahlung: Überschallknall mit Licht

Was passiert, wenn sich Teilchen schneller als das Licht bewegen, zeigt ein locker erzähltes Erklärvideo
Schneller als Lichtgeschwindigkeit? So entsteht Tscherenkow-Strahlung! | Phil's Physics

Veröffentlicht am: 03.12.2016

Laufzeit: 0:04:20

Sprache: deutsch

Der YouTube-Kanal Phil's Physics widmet sich naturwissenschaftlichen Experimenten. Moderiert wird die von der Kölner Produktionsfirma i&u Information und Unterhaltung produzierte Reihe von dem Physiker und Fernsehmoderator Philip Häusser.

Nach Einsteins Relativitätstheorie bedeutet die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum das absolute obere Tempolimit für bewegte Teilchen. Nichts kann sich schneller bewegen als Licht, das ein perfektes Vakuum durchquert. In einem Medium wie Wasser oder Glas aber wird Licht ein ganzes Stück weit abgebremst. Dadurch bietet sich Teilchen die Chance, doch einmal schneller als Licht zu sein, ohne dabei das obere Limit Vakuum-Lichtgeschwindigkeit zu verletzen. Und tatsächlich: Ein sehr energiereiches Teilchen kann in einem solchen Medium das Licht überholen.

Der Physiker, Fernsehmoderator und YouTuber Philip Häusser beschreibt in diesem Video des Kanals "Phil's Physics", was dabei passiert: Trägt das schnelle Teilchen eine Ladung, kann es so etwas wie einen "Überschallknall" hinter sich her ziehen – nur dass es sich dabei um Licht und nicht um Schall handelt. Den entstehenden bläulichen Lichtkegel nennt man Tscherenkow-Strahlung. Man kennt sie von Atomreaktoren: Hier lassen die im Reaktorkern entstehenden hochenergetischen Teilchen das Wasser rund um die Kernspaltungszone bläulich leuchten.

Das Video stellt diese Zusammenhänge locker und flüssig dar, garniert mit sehenswerten Illustrationen. Einige Erklärungen sind für Laien aber vielleicht doch ein wenig verwirrend, deshalb sei die Kernaussage noch einmal festgehalten. Ein Teilchen, das sich durch ein Medium bewegt, erzeugt dabei an jedem Punkt Wellen in alle Richtungen. Diese sich kugelförmig ausbreitenden Wellen interferieren destruktiv miteinander, löschen sich also gleich gegenseitig wieder aus. Bewegt sich das Teilchen aber schneller als sich diese Wellen ausbreiten, so klappt das nicht mehr mit der Auslöschung – die bereits erzeugten Wellen kommen dann jenen, die am Ort des weitergeeilten Teilchens gerade wieder neu entstehen, "nicht hinterher, sozusagen", heißt es im Video. Sie interferieren zwar trotzdem noch, aber eben nicht auf eine Weise, dass sie sich gegenseitig auslöschen. Stattdessen lassen sie hinter dem Teilchen eine Wellenfront entstehen.

Zusätzliche Beispiele, wo die Strahlung noch auftritt, wären ebenfalls interessant gewesen. So berichten Astronauten von kurzen blauen Blitzen, die sie hin und wieder mit geschlossenen Augen sehen – etwa vor dem Einschlafen. Diese Blitze werden von hochenergetischen Teilchen der kosmischen Strahlung ausgelöst, die im flüssigkeitsgefüllten Augapfel Tscherenkow-Strahlung erzeugen. Teilchenphysiker nutzen die Strahlung ebenfalls: Wenn geladene Partikel, die bei Teilchenkollisionen in Beschleunigern entstehen, durch einen entsprechenden Detektor rasen, lassen sie sich anhand des dabei erzeugten blauen Lichts identifizieren.

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