K. Siegbahn professzor, a Svéd Tudományos Akadémia tagjának átadó beszéde
Felséged, Felséged, Hölgyeim és Uraim.
A ma már Cerenkov-effektusként ismert jelenség felfedezése, amelyért ma Nobel-díjat adományoznak, érdekes példája annak, hogy egy viszonylag egyszerű fizikai megfigyelés, ha megfelelő módon követik, fontos eredményekhez vezethet, és új utakat nyithat a kutatás előtt. Itt a tudóst fel kell ruházni azzal az egyedülálló intuitív kísérleti hajlammal, amely a tudományos fejlődés igazi ösztönzője.”
A harmincas évek elején a moszkvai Lebegyev Intézet diákjai között volt Pavel Cerenkov. A feladat, amelyet tanára, Vavilov professzor a diplomamunkájához adott neki, annak vizsgálata volt, hogy mi történik, amikor egy rádiumforrás sugárzása behatol különböző folyadékokba és elnyelődik bennük. Ugyanez a probléma kétségtelenül sok tudóst foglalkoztatott már a fiatal doktorandusz előtt is, és bizonyára sokan megfigyelték azt a gyenge kékes fényt, amely a sugárzás behatolásakor a folyadékból áradt. Külön meg kell említeni a francia Lucien Mallet fontos megfigyelését. A kékes ragyogást – úgy tűnt, jó alapon – mindig is a jól ismert fluoreszcencia jelenség megnyilvánulásának tartották. Ezt a jelenséget már több mint fél évszázada használják például a radiológusok a röntgenfluoroszkópoknál, ahol a “láthatatlan” röntgensugárzás egy fluoreszcens képernyőre esik, amely ekkor világít.
Cerenkov azonban nem volt meggyőződve arról, hogy az általa megfigyelt fényjelenség valóban fluoreszcens jellegű. Már az első kísérletei arra utaltak, hogy gyanúja helyes volt. Megállapította például, hogy a sugárzás lényegében független a folyadék összetételétől. Ez ellentmondott a fluoreszcencia magyarázatának. Azzal, hogy kétszeresen desztillált vízben is megfigyelte a sugárzást, kizárta a folyadékokban fluoreszkáló apró szennyeződések lehetőségét.
Cerenkov az új, ismeretlen sugárzást szisztematikus vizsgálat tárgyává tette. Munkája során megállapította, hogy a sugárzás a beérkező rádiumsugárzás iránya mentén ” polarizálódott”, és hogy az utóbbi által létrehozott gyors másodlagos elektronok voltak a látható sugárzás elsődleges okozói. Ezt úgy igazolta, hogy a folyadékokat csak a rádiumforrásból származó elektronokkal sugározta be.
Azok a vizsgálatok, amelyeket Cerenkov 1934 és 1937 között az orosz folyóiratokban publikált, lényegében megállapították az újonnan felfedezett sugárzás általános tulajdonságait. A hatás matematikai leírása azonban még mindig hiányzott. Itt lépett a képbe Cerenkov két moszkvai kollégája. Hogyan hozhat létre egy folyadékon áthaladó gyors elektron a Cerenkov által megfigyelt tulajdonságokkal rendelkező sugárzást? Kezdetben a jelenség nehezen érthetőnek tűnt, de Frank és Tamm (1937) munkájában olyan magyarázatot adtak, amely amellett, hogy egyszerű és világos, a matematikai szigor követelményeinek is megfelelt.
A jelenséget egy hajó orrhullámához lehet hasonlítani, amely a hullámok sebességét meghaladó sebességgel halad a vízen. Ez egyébként egy egyszerű, bárki által elvégezhető kísérlet. Először egy tárgyat dobunk egy tál vízbe, és megfigyeljük a körkörös hullámfront terjedési sebességét. Ezután a tárgyat a víz felszíne mentén mozgatjuk, kezdetben nagyon lassan, de fokozatosan növelve a sebességet. Amikor ez utóbbi meghaladja az előzőleg megfigyelt hullámsebességet, akkor egy ívhullám keletkezik, amely a jól ismert módon ferdén hátrafelé terjed.
A hullámsebesség a vízfelszínen természetesen alacsony, ezért ebben az esetben könnyen előállítható az ívhullám. A levegőben hasonló jelenség lép fel, amikor egy sugárhajtású repülőgép kb. 1000 km/h sebességgel áthalad az ún. hanghatáron, azaz amikor a sugár sebessége meghaladja a hanghullámok terjedési sebességét. Ezt bumm kíséri.
A közönséges fény megfelelő Cerenkov-ívhullámának kialakulásához szükséges feltétel, amikor egy töltött részecske, pl. egy elektron áthalad egy közegen, analóg módon az, hogy a részecske a fény sebességénél nagyobb sebességgel mozog a közegben. Elsőre azt hihetnénk, hogy ez lehetetlen, hiszen Einstein híres relativitáselmélete szerint a fény sebessége a lehető legnagyobb sebesség. Ez önmagában helyes, de az Einstein elméletében említett sebesség az üres térben vagy vákuumban lévő fény sebessége. Egy közegben, pl. folyadékban vagy átlátszó szilárd anyagban a fény sebessége kisebb, mint a vákuumban, és ráadásul a hullámhossz függvényében változik. Ez a tény jól ismert a fény prizmában történő fénytörésére vonatkozó iskolai kísérletekből. Egy ilyen közegben tehát teljesen lehetséges, hogy egy radioaktív forrásból kibocsátott ultragyors elektron nagyobb sebességgel mozogjon, mint a fény sebessége a közegben. Ilyenkor Cerenkov-ívhullám keletkezik, és a folyadék az elektronok hektikus versenyfutásából a túlszárnyaló fénnyel eredő élénk kék varázsfényben ragyog.
Gyönyörű látvány tárul elénk, ha lenézünk egy vizet tartalmazó uránreaktorba; egy úgynevezett uszodareaktorba. Az egész mag kék Cerenkov-fényben ragyog, és ebben a fényben még a reaktor belsejét is le lehet fényképezni.
Az új elemi részecskéknek az utóbbi években végzett sikeres vizsgálataiban, pl. az antiproton – a negatív hidrogénmag – 1955-ös felfedezésében a Cerenkov-effektus döntő szerepet játszott. Ezen a hatáson alapuló műszert terveztek, amely képes regisztrálni az egyes részecskék áthaladását. Csak azzal a feltétellel, hogy a részecske kellően nagy sebességgel rendelkezik, regisztrálja a műszer, amely egyúttal a sebességet is képes mérni. A jelentős pontossággal elvégezhető sebességmeghatározáshoz kihasználják azt a tényt, hogy az ívhullám szöge függ a részecske sebességétől. Minél gyorsabban mozog a részecske, annál kisebb lesz a köztük lévő szög. Ez könnyen megérthető a vízben lévő hajó példájából. Ezt az új típusú sugárzásdetektort Cerenkovról nevezték el, és ma már a nagy atomlaboratóriumok legfontosabb műszerei közé tartozik, ahol elemi részecskéket gyorsítanak fel rendkívül nagy sebességre.
Cerenkov, Frank és Tamm mintegy húsz évvel ezelőtti felfedezése tehát az utóbbi néhány évben döntő jelentőségű alkalmazásra talált az anyag alapvető szerkezetének és természetének tanulmányozásában.
Cerenkov professzor, Frank professzor, Tamm akadémikus. A Svéd Királyi Tudományos Akadémia Önöknek ítélte a fizikai Nobel-díjat annak a hatásnak a felfedezéséért és magyarázatáért, amely most egyikük nevét viseli. Ez a felfedezés nemcsak egy eddig ismeretlen fizikai jelenségre világít rá, hanem egy új és hatékony eszközt is biztosít az atom tanulmányozásához. Az Akadémia nevében szívből gratulálok Önnek, és kérem, hogy Őfelsége, a király kezéből vegye át a díjat.