Discurso de presentación del profesor K. Siegbahn, miembro de la Academia Sueca de las Ciencias
Sus Majestades, Sus Altezas Reales, Señoras y Señores.
El descubrimiento del fenómeno hoy conocido como efecto Cerenkov, por el que hoy se concede el Premio Nobel, es un interesante ejemplo de cómo una observación física relativamente sencilla, si se sigue de forma correcta, puede conducir a importantes hallazgos y abrir nuevos caminos a la investigación. Aquí el científico debe estar dotado de esa singular disposición experimental intuitiva que es el verdadero incentivo en el progreso científico.
Entre los estudiantes del Instituto Lebedev de Moscú a principios de los años treinta estaba Pavel Cerenkov. La tarea que le asignó su maestro, el profesor Vavilov, para su trabajo de tesis, fue estudiar lo que ocurre cuando la radiación de una fuente de radio penetra y es absorbida en diferentes fluidos. El mismo problema había preocupado sin duda a muchos científicos antes que a este joven estudiante graduado y, con seguridad, muchos habían observado también el débil resplandor azulado que emanaba del líquido cuando la radiación penetraba en él. Cabe destacar la importante observación del francés Lucien Mallet. El resplandor azulado siempre se había considerado -según parecía con buenas razones- una manifestación del conocido fenómeno de la fluorescencia. Este fenómeno ha sido utilizado durante más de medio siglo, por ejemplo, por los radiólogos en los fluoroscopios de rayos X, en los que se permite que la radiación X «invisible» incida en una pantalla fluorescente, que entonces se ilumina.
Cerenkov, sin embargo, no estaba convencido de que el fenómeno luminoso que había observado fuera realmente de naturaleza fluorescente. Ya sus primeros experimentos indicaban que sus sospechas eran correctas. Encontró, por ejemplo, que la radiación era esencialmente independiente de la composición del líquido. Esto no concuerda con la explicación de la fluorescencia. Al observar la radiación incluso en agua doblemente destilada, eliminó la posibilidad de que hubiera impurezas diminutas que dieran fluorescencia en los líquidos.
Cerenkov hizo de la nueva y desconocida radiación el objeto de una investigación sistemática. En su trabajo descubrió que la radiación estaba «polarizada» a lo largo de la dirección de la radiación entrante del radio y que eran los electrones secundarios rápidos, producidos por este último, la causa principal de la radiación visible. Esto se verificó irradiando los líquidos sólo con los electrones de una fuente de radio.
Las investigaciones que Cerenkov publicó en las revistas rusas entre 1934 y 1937 establecieron esencialmente las propiedades generales de la radiación recién descubierta. Sin embargo, todavía faltaba una descripción matemática del efecto. Aquí entran en escena dos colegas de Cerenkov en Moscú. ¿Cómo puede un electrón rápido al pasar por un líquido dar lugar a una radiación con las propiedades observadas por Cerenkov? Al principio, el fenómeno parecía difícil de entender, pero en el trabajo de Frank y Tamm (1937) se dio una explicación que, además de ser sencilla y clara, también satisfacía los requisitos de rigor matemático.
El fenómeno puede compararse con la ola de proa de un barco que se mueve por el agua con una velocidad superior a la de las olas. Este es, por cierto, un experimento sencillo que cualquiera puede hacer. Primero se deja caer un objeto en un recipiente con agua y se observa la velocidad de propagación del frente de onda circular. A continuación, se mueve el objeto a lo largo de la superficie del agua muy lentamente al principio, pero aumentando gradualmente la velocidad. Cuando ésta supera la velocidad de la onda observada anteriormente, se forma una onda de proa que se extiende oblicuamente hacia atrás de la forma conocida.
La velocidad de la onda en la superficie del agua es, por supuesto, baja y, por tanto, es fácil producir la onda de proa en este caso. En el aire se produce un fenómeno análogo cuando un avión a reacción atraviesa la llamada barrera del sonido a unos 1.000 km/h, es decir, cuando la velocidad del chorro supera la velocidad de propagación de las ondas sonoras. Esto va acompañado de un bang.
La condición que se requiere para formar la correspondiente onda de arco de Cerenkov de la luz ordinaria cuando una partícula cargada, por ejemplo un electrón, atraviesa un medio es, análogamente, que la partícula se mueva con una velocidad mayor que la de la luz en el medio. Al principio, uno podría pensar que esto es imposible, ya que según la famosa teoría de la relatividad de Einstein la velocidad de la luz es la mayor velocidad posible. Esto es en sí mismo correcto, pero la velocidad a la que se refiere la teoría de Einstein es la velocidad de la luz en el espacio vacío. En un medio, por ejemplo un líquido o un sólido transparente, la velocidad de la luz es menor que en el vacío y, además, varía con la longitud de onda. Este hecho es bien conocido por los experimentos escolares sobre la refracción de la luz en un prisma. Por lo tanto, en un medio de este tipo, es totalmente posible que un electrón ultrarrápido, emitido por una fuente radiactiva, se mueva con una velocidad superior a la de la luz en el medio. En ese caso, se forma una onda de arco de Cerenkov y el líquido brilla con el resplandor azul mágico de la agitada carrera de los electrones con la luz desfasada.
Un hermoso espectáculo se ve al mirar hacia abajo en un reactor de uranio que contiene agua; un llamado reactor de piscina. Todo el núcleo resplandece con la luz azul Cerenkov y con esta luz se puede incluso fotografiar el interior del reactor.
En los exitosos estudios de nuevas partículas elementales emprendidos durante los últimos años, por ejemplo el descubrimiento en 1955 del antiprotón -el núcleo de hidrógeno negativo- el efecto Cerenkov ha desempeñado un papel decisivo. Se ha diseñado un instrumento basado en este efecto que es capaz de registrar el paso de partículas individuales. Sólo bajo la condición de que la partícula tenga una velocidad suficientemente alta será registrada por el instrumento que, al mismo tiempo, puede medir la velocidad. Para la determinación de la velocidad, que puede realizarse con una precisión considerable, se utiliza el hecho de que el ángulo de la onda de arco depende de la velocidad de la partícula. Cuanto más rápido se mueva la partícula, menor será el ángulo entre ellas. Esto se entiende fácilmente a partir del ejemplo del barco en el agua. Este nuevo tipo de detector de radiación ha sido bautizado con el nombre de Cerenkov y se encuentra ahora entre los instrumentos más importantes de los grandes laboratorios atómicos, donde las partículas elementales se aceleran a velocidades extremadamente altas.
El descubrimiento de Cerenkov, Frank y Tamm, hace unos veinte años, ha encontrado así, durante los últimos años, una aplicación de importancia decisiva en el estudio de la estructura básica y la naturaleza de la materia.
Profesor Cerenkov, Profesor Frank, Académico Tamm. La Real Academia de Ciencias de Suecia les ha concedido el Premio Nobel de Física por su descubrimiento y explicación del efecto que ahora lleva el nombre de uno de ustedes. Este descubrimiento no sólo arroja luz sobre un fenómeno físico hasta ahora desconocido, sino que también proporciona una herramienta nueva y eficaz para el estudio del átomo. Le felicito de todo corazón en nombre de la Academia y le pido que acepte el premio de manos de Su Majestad el Rey.