Præsentationstale af professor K. Siegbahn, medlem af det svenske videnskabsakademi
Herre Majestæter, Deres Kongelige Højheder, mine damer og herrer.
Opdagelsen af det fænomen, der nu er kendt som Cerenkov-effekten, og som Nobelprisen i dag uddeles for, er et interessant eksempel på, hvordan en forholdsvis simpel fysisk observation, hvis den følges på den rigtige måde, kan føre til vigtige resultater og åbne nye veje for forskningen. Her må videnskabsmanden være udstyret med den unikke intuitive eksperimentelle disposition, som er den sande drivkraft for videnskabelige fremskridt.
Blandt de studerende på Lebedev-instituttet i Moskva i begyndelsen af trediverne var Pavel Cerenkov. Den opgave, som hans lærer, professor Vavilov, havde givet ham som specialeopgave, var at undersøge, hvad der sker, når strålingen fra en radiumkilde trænger ind i og absorberes i forskellige væsker. Det samme problem havde uden tvivl optaget mange videnskabsmænd før denne unge kandidatstuderende, og mange havde sikkert også observeret den svage blålige glød, der udgik fra væsken, når strålingen trængte ind i den. Særligt skal nævnes den vigtige observation af franskmanden Lucien Mallet. Den blålige glød var – som det så ud med god grund – altid blevet betragtet som en manifestation af det velkendte fluorescensfænomen. Dette fænomen er i mere end et halvt århundrede blevet anvendt af f.eks. radiologer i røntgenfluoroskoper, hvor den “usynlige” røntgenstråling får lov til at ramme en fluorescerende skærm, som så lyser op.
Cerenkov var imidlertid ikke overbevist om, at det lysfænomen, han havde observeret, virkelig var af fluorescenskarakter. Allerede hans første eksperimenter tydede på, at hans mistanke var korrekt. Han fandt for eksempel, at strålingen i det væsentlige var uafhængig af væskens sammensætning. Dette var i modstrid med fluorescensforklaringen. Ved at observere stråling selv i dobbelt destilleret vand udelukkede han muligheden for, at der kunne være tale om små urenheder, der fluorescerede i væskerne.
Cerenkov gjorde den nye, ukendte stråling til genstand for en systematisk undersøgelse. I sit arbejde fandt han, at strålingen var ” polariseret” i retning af den indkommende radiumstråling, og at det var de hurtige sekundære elektroner, der blev produceret af sidstnævnte, som var den primære årsag til den synlige stråling. Dette blev verificeret ved at bestråle væsker udelukkende med elektronerne fra en radiumkilde.
De undersøgelser, som Cerenkov offentliggjorde i de russiske tidsskrifter mellem 1934 og 1937, fastslog i det væsentlige de generelle egenskaber ved den nyopdagede stråling. Der manglede dog stadig en matematisk beskrivelse af effekten. Her kom to af Cerenkovs kolleger i Moskva ind i billedet. Hvordan kan en hurtig elektron ved passage gennem en væske give anledning til stråling med de egenskaber, som Cerenkov har observeret? I begyndelsen syntes fænomenet vanskeligt at forstå, men i Frank og Tamms arbejde (1937) blev der givet en forklaring, der ud over at være både enkel og klar også opfyldte kravene til matematisk stringens.
Fænomenet kan sammenlignes med en bue-bølge på et skib, der bevæger sig gennem vandet med en hastighed, der overstiger bølgernes. Dette er i øvrigt et simpelt eksperiment, som enhver kan lave. Først lader man en genstand falde ned i en skål med vand og observerer den cirkulære bølgefronts udbredelseshastighed. Derefter bevæger man genstanden langs vandoverfladen meget langsomt til at begynde med, men øger gradvist hastigheden. Når denne overstiger den tidligere observerede bølgehastighed, dannes der en buebølge, der breder sig skråt bagud på den velkendte måde.
Bølgehastigheden i vandoverfladen er naturligvis lav, og derfor er det let at frembringe buebølgen i dette tilfælde. I luften opstår et analogt fænomen, når et jetfly gennemtrænger den såkaldte lydmur med ca. 1.000 km/t, dvs. når jethastigheden overstiger lydbølgernes udbredelseshastighed. Dette ledsages af et brag.
Den betingelse, der kræves for at danne den tilsvarende Cerenkov-bue-bølge af almindeligt lys, når en ladet partikel, f.eks. en elektron, gennemløber et medium, er analogt, at partiklen bevæger sig med en hastighed, der er større end lysets i mediet. I første omgang kunne man tro, at dette er umuligt, for i henhold til Einsteins berømte relativitetsteori er lysets hastighed den højest mulige hastighed. Dette er i sig selv korrekt, men den hastighed, der henvises til i Einsteins teori, er lysets hastighed i det tomme rum eller vakuum. I et medium, f.eks. en væske eller et gennemsigtigt fast stof, er lysets hastighed lavere end i vakuum, og den varierer desuden med bølgelængden. Denne kendsgerning er velkendt fra skoleeksperimenter om lysets brydning i et prisme. I et sådant medium er det således fuldt ud muligt for en ultrahurtig elektron, der udsendes fra en radioaktiv kilde, at bevæge sig med en hastighed, der er større end lysets hastighed i mediet. I så fald dannes en Cerenkov-bue-bølge, og væsken gløder med det lyse blå magiske skær fra elektronernes hektiske kapløb med det udadrettede lys.
Et smukt syn ses, når man kigger ned i en uranreaktor indeholdende vand; en såkaldt svømmebadsreaktor. Hele kernen stråler i det blå Cerenkov-lys, og i dette lys kan man endda fotografere reaktorens indre.
Ved de vellykkede undersøgelser af nye elementarpartikler, der er foretaget i de sidste par år, f.eks. opdagelsen i 1955 af antiprotonerne – den negative brintkerne – har Cerenkov-effekten spillet en afgørende rolle. Der er blevet konstrueret et instrument baseret på denne effekt, som er i stand til at registrere passagen af enkelte partikler. Kun under forudsætning af, at partiklen har en tilstrækkelig høj hastighed, vil den blive registreret af instrumentet, som samtidig kan måle hastigheden. Til bestemmelse af hastigheden, som kan foretages med betydelig nøjagtighed, benytter man sig af det forhold, at buebølgens vinkel afhænger af partikelhastigheden. Jo hurtigere partiklerne bevæger sig, jo mindre bliver vinklen mellem dem. Dette er let at forstå ud fra eksemplet med fartøjet i vandet. Denne nye type strålingsdetektor er opkaldt efter Cerenkov og er nu blandt de vigtigste instrumenter på de store atomlaboratorier, hvor elementarpartikler accelereres til ekstremt høje hastigheder.
Cerenkovs, Franks og Tamms opdagelse for ca. tyve år siden har således i løbet af de sidste par år fundet en anvendelse af afgørende betydning i studiet af stoffets grundlæggende struktur og natur.
Professor Cerenkov, professor Frank, akademiker Tamm. Det svenske kongelige videnskabsakademi har tildelt Dem Nobelprisen i fysik for Deres opdagelse og forklaring af den effekt, som nu bærer navnet på en af Dem. Denne opdagelse kaster ikke blot lys over et hidtil ukendt fysisk fænomen, men giver også et nyt og effektivt redskab til studiet af atomet. Jeg lykønsker Dem hjerteligt på vegne af Akademiet og beder Dem modtage prisen fra Hans Majestæt Kongen.