Ruotsin tiedeakatemian jäsenen, professori K. Siegbahnin esitelmäpuhe
Teidän Majesteettinne, Teidän Kuninkaalliset Ylhäisyytenne, hyvät naiset ja herrat.
Nykyisin Cerenkovin ilmiönä tunnetun ilmiön löytäminen, josta Nobel-palkinto tänään jaetaan, on mielenkiintoinen esimerkki siitä, miten suhteellisen yksinkertainen fysikaalinen havainto voi oikealla tavalla seurattuna johtaa tärkeisiin löydöksiin ja avata uusia polkuja tutkimukselle. Tällöin tutkijalla on oltava se ainutlaatuinen intuitiivinen kokeellinen taipumus, joka on todellinen kannustin tieteelliselle edistykselle.
Moskovassa sijaitsevan Lebedev-instituutin opiskelijoiden joukossa 30-luvun alussa oli Pavel Cerenkov. Hänen opettajansa, professori Vavilovin hänelle opinnäytetyönä antama tehtävä oli tutkia, mitä tapahtuu, kun radiumlähteen säteily tunkeutuu erilaisiin nesteisiin ja absorboituu niihin. Sama ongelma oli epäilemättä askarruttanut monia tiedemiehiä ennen tätä nuorta jatko-opiskelijaa, ja varmasti monet olivat myös havainneet heikon sinertävän hehkun, joka lähti nesteestä säteilyn tunkeutuessa siihen. Erityisesti on mainittava ranskalaisen Lucien Mallet’n tärkeä havainto. Sinertävää hehkua oli – kuten hyvillä perusteilla näytti – aina pidetty tunnetun fluoresenssi-ilmiön ilmentymänä. Tätä ilmiötä ovat jo yli puolen vuosisadan ajan käyttäneet esimerkiksi radiologit röntgensäteilyfluoroskoopeissa, joissa ”näkymättömän” röntgensäteilyn annetaan osua fluoresoivaan kuvaruutuun, joka sitten syttyy.
Cerenkov ei kuitenkaan ollut vakuuttunut siitä, että hänen havaitsemansa valoilmiö oli todella luonteeltaan fluoresenssi. Jo hänen ensimmäiset kokeensa viittasivat siihen, että hänen epäilyksensä pitivät paikkansa. Hän havaitsi esimerkiksi, että säteily oli olennaisesti riippumaton nesteen koostumuksesta. Tämä oli ristiriidassa fluoresenssin selityksen kanssa. Havaitessaan säteilyä jopa kahdesti tislatussa vedessä hän sulki pois sen mahdollisuuden, että nesteissä fluoresoivat pienet epäpuhtaudet.
Cerenkov teki uudesta, tuntemattomasta säteilystä systemaattisen tutkimuksen aiheen. Työssään hän havaitsi, että säteily oli ” polarisoitunut” saapuvan radiumsäteilyn suunnassa ja että juuri radiumsäteilyn tuottamat nopeat sekundaarielektronit olivat näkyvän säteilyn ensisijainen aiheuttaja. Tämä varmistettiin säteilyttämällä nesteitä vain radiumlähteestä peräisin olevilla elektroneilla.
Tutkimukset, jotka Cerenkov julkaisi venäläisissä aikakauslehdissä vuosina 1934-1937, vakiinnuttivat olennaisesti juuri löydetyn säteilyn yleiset ominaisuudet. Vaikutuksen matemaattinen kuvaus puuttui kuitenkin vielä. Tässä kuvaan astuu kaksi Cerenkovin kollegaa Moskovassa. Miten nesteen läpi kulkeva nopea elektroni voi synnyttää säteilyä, jolla on Cerenkovin havaitsemat ominaisuudet? Aluksi ilmiö vaikutti vaikeasti ymmärrettävältä, mutta Frankin ja Tammin (1937) teoksessa annettiin selitys, joka sen lisäksi, että se oli sekä yksinkertainen että selkeä, täytti myös matemaattisen tiukkuuden vaatimukset.
Ilmiötä voidaan verrata laivan keula-aaltoon, joka liikkuu vedessä aaltojen nopeuden ylittävällä nopeudella. Tämä on muuten yksinkertainen koe, jonka kuka tahansa voi tehdä. Ensin pudotetaan esine vesikulhoon ja tarkkaillaan pyöreän aaltorintaman etenemisnopeutta. Sitten esinettä liikutetaan veden pintaa pitkin aluksi hyvin hitaasti, mutta nopeus kasvaa vähitellen. Kun jälkimmäinen ylittää aiemmin havaitun aaltonopeuden, muodostuu keula-aalto, joka ulottuu vinosti taaksepäin tunnetulla tavalla.
Aaltonopeus veden pinnassa on tietysti pieni, ja siksi keula-aalto on tässä tapauksessa helppo tuottaa. Ilmassa vastaava ilmiö tapahtuu, kun suihkukone läpäisee niin sanotun äänivallin noin 1000 km/h nopeudella, eli kun suihkunopeus ylittää ääniaaltojen etenemisnopeuden. Tähän liittyy pamahdus.
Tavallista valoa vastaavan Cerenkovin jousiaallon muodostumisen edellytyksenä, kun varattu hiukkanen, esim. elektroni, kulkee väliaineen läpi, on analogisesti se, että hiukkanen liikkuu väliaineessa valoa suuremmalla nopeudella. Aluksi voisi ajatella, että tämä on mahdotonta, sillä Einsteinin kuuluisan suhteellisuusteorian mukaan valon nopeus on suurin mahdollinen nopeus. Tämä on sinänsä oikein, mutta Einsteinin teoriassa tarkoitettu nopeus on valon nopeus tyhjässä avaruudessa tai tyhjiössä. Väliaineessa, esimerkiksi nesteessä tai läpinäkyvässä kiinteässä aineessa, valon nopeus on pienempi kuin tyhjiössä ja lisäksi se vaihtelee aallonpituuden mukaan. Tämä tosiasia tunnetaan koulukokeista, jotka koskevat valon taittumista prismassa. Tällaisessa väliaineessa on siis täysin mahdollista, että radioaktiivisesta lähteestä lähtevä ultranopea elektroni liikkuu nopeammin kuin valo väliaineessa. Tällöin muodostuu Cerenkovin jousiaalto ja neste hehkuu kirkkaansinistä taikakiiltoa, joka syntyy elektronien hektisestä kilpajuoksusta ylivoimaisen valon kanssa.
Kaunis näky avautuu, kun katsoo alas vettä sisältävään uraanireaktoriin; niin sanottuun uima-allasreaktoriin. Koko ydin hehkuu sinistä Cerenkovin valoa, ja tässä valossa voidaan jopa kuvata reaktorin sisäpuolta.
Viime vuosina tehdyissä menestyksekkäissä uusien alkeishiukkasten tutkimuksissa, esimerkiksi antiprotonin – negatiivisen vetyytimen – löytämisessä vuonna 1955, Cerenkovin efektillä on ollut ratkaiseva merkitys. Tähän ilmiöön perustuva laite on suunniteltu siten, että se pystyy rekisteröimään yksittäisten hiukkasten kulun. Ainoastaan sillä edellytyksellä, että hiukkasen nopeus on riittävän suuri, laite rekisteröi sen ja mittaa samalla sen nopeuden. Nopeuden määrityksessä, joka voidaan tehdä huomattavan tarkasti, hyödynnetään sitä, että keula-aallon kulma riippuu hiukkasen nopeudesta. Mitä nopeammin hiukkanen liikkuu, sitä pienempi on niiden välinen kulma. Tämä on helppo ymmärtää esimerkistä, jossa alus on vedessä. Tämä uudentyyppinen säteilynilmaisin on saanut nimensä Cerenkovin mukaan, ja se on nykyään tärkeimpiä laitteita suurissa atomilaboratorioissa, joissa alkeishiukkasia kiihdytetään äärimmäisen suuriin nopeuksiin.
Cerenkovin, Frankin ja Tammin noin kaksikymmentä vuotta sitten tekemä keksintö on näin ollen viimeisten vuosien aikana löytänyt ratkaisevan tärkeän sovelluksen aineen perusrakenteen ja luonteen tutkimisessa.
Professori Cerenkov, professori Frank, akateemikko Tamm. Ruotsin kuninkaallinen tiedeakatemia on myöntänyt teille fysiikan Nobel-palkinnon sen ilmiön löytämisestä ja selittämisestä, joka nyt kantaa yhden teistä nimeä. Tämä löytö ei ainoastaan valaise tähän asti tuntematonta fysikaalista ilmiötä, vaan tarjoaa myös uuden ja tehokkaan välineen atomin tutkimiseen. Onnittelen teitä sydämellisesti Akatemian puolesta ja pyydän teitä ottamaan palkinnon vastaan Hänen Majesteettinsa kuninkaan käsistä.