Si alguna vez has visto un reactor nuclear en funcionamiento, seguramente has observado un brillo azulado tan característico como enigmático. Ese resplandor es la radiación de Cherenkov, un fenómeno que también aparece en numerosas películas y documentales. Se produce cuando una partícula de alta energía atraviesa un medio en el que la velocidad de la luz es menor que en el vacío. Debe su nombre al físico ruso Pavel Alekseyevich Cherenkov, quien fue el primero en explicar su origen a principios de la década de 1950.
Todos sabemos que nada puede viajar más rápido que la luz en el vacío. Esos casi 300.000 kilómetros por segundo son la cota máxima de velocidad para cualquier partícula. Sin embargo, nada impide que la luz o cualquier otra partícula subatómica se mueva más despacio. De hecho, en prácticamente todos los materiales, la luz viaja a velocidades menores a la del vacío.
El origen del brillo azul
La radiación de Cherenkov es una radiación electromagnética que se emite cuando una partícula de alta energía en movimiento entra en un medio semitransparente en el que no puede mantener su velocidad. Este efecto, responsable del brillo azul del núcleo de los reactores nucleares, fue explicado por primera vez a principios de los años cincuenta por el físico ruso Pavel Alekseyevich Cherenkov, quien recibió el Premio Nobel de Física por este trabajo en 1958.
Para comprender el origen de esta luminosidad sin recurrir a complicadas fórmulas, podemos utilizar un ejemplo más sencillo: la onda de choque que se forma cuando un avión supera la velocidad del sonido. Un móvil que se desplaza por el aire genera una serie de ondas esféricas que se superponen, formando un frente con forma de cono. Las moléculas de aire tienen problemas para “apartarse a tiempo” y se crean condiciones atípicas que terminan produciendo un estruendo. En ciertas condiciones de humedad y temperatura, las ondas de aire propician la formación de una pequeña nube de condensación asociada a la singularidad de Prandtl-Glauert.
En el caso de la luz o de partículas aceleradas hasta esa velocidad, ocurre algo similar. A pesar de ser de naturaleza electromagnética, también son una onda. La radiación Cherenkov solo se produce si la partícula que atraviesa el medio —que debe ser un dieléctrico— está cargada eléctricamente. Un protón que atraviese un medio compuesto por neutrones no emitiría radiación Cherenkov, pero sí lo haría si atraviesa un medio como el agua.
Los rayos cósmicos, que no son otra cosa que partículas cargadas viajando a la velocidad de la luz, bombardean constantemente nuestra atmósfera. Como resultado de los choques entre estas partículas y los átomos de la atmósfera se producen verdaderas “lluvias de partículas” muy diversas, entre ellas varias con carga eléctrica. Es frecuente que alguna de estas partículas polarice asimétricamente las abundantes moléculas de nitrógeno y oxígeno que encuentra a su paso. Cuando, tras un breve instante, se produce la inevitable despolarización espontánea de las moléculas afectadas, se emite una radiación de Cherenkov.
De hecho, existen telescopios especiales, llamados “telescopios Cherenkov”, capaces de “ver” estos destellos. Igual que ocurre con las moléculas de aire que forman el frente cónico al pasar el avión supersónico, la polarización que produce una partícula cargada es asimétrica. Esto significa que las moléculas que están delante de su trayectoria aún no se han polarizado cuando las de detrás ya lo han hecho. La razón es que la partícula viaja en ese medio más rápido que su propio campo eléctrico, por lo que todo lo que se encuentra delante de ella no resulta afectado hasta que es superado. Si la polarización fuese simétrica, no se produciría la radiación de Cherenkov.
El efecto Cherenkov se utiliza para construir detectores de partículas, capaces de detectar el fotón que se produce cuando una partícula atraviesa el líquido de su interior. Este efecto también resulta muy visible en el interior de los reactores nucleares, ya que durante la fisión se desprenden neutrones que, al atravesar el agua del contenedor, generan una luminosidad azul. Obviamente, gran parte de la radiación de Cherenkov nos resulta invisible, porque se produce en una longitud de onda que nuestros ojos no perciben. El efecto que intrigó durante años a un físico ruso hoy nos sirve para analizar la procedencia de partículas de alta energía generadas a millones de años luz de distancia. ¿No es apasionante?
Para más información, puedes consultar la entrada sobre radiación de Cherenkov en Wikipedia.
