Susurros desde las sombras

Lunes, 05 de junio de 2006

La radiación de Cherenkov

La radiación de Cherenkov es uno de esos efectos que todo el mundo, en algún momento, ha visto en alguna película o serie de televisión (incluso en los Simpson), o con suerte en la vida real, pero que nunca se ha molestado en preguntarse si realmente era verdad, y si lo era, por qué se producía.

Para comenzar a explicar como se produce esta radiación, nos ayudaremos de su equivalente “macroscópico”: El sonido. Cuando un avión vuela, genera ondas sonoras que llegan hasta nuestros oídos. Estas ondas son las que hacen que lo oigamos, y se propagan en todas direcciones (formando un frente esférico). Si el avión vuela por debajo de la velocidad del sonido, entonces siempre se encontrará dentro de los frentes de ondas que produce, y lo oiremos llegar a nosotros [1]. Sin embargo, cuando supera la velocidad del sonido, adelanta a sus propias ondas sonoras, las cuales se agrupan por detrás de él formando un frente como conjunto de todas las que ha generado, que se solapan entre sí (onda de choque), y que se desplazará por detrás del avión mientras no reduzca su velocidad [2]. Este frente de ondas es la típica explosión que escuchamos después de que pase por encima de nosotros un avión supersónico, y que se puede observar fácilmente en el diagrama como las rectas que forman todos los frentes de ondas esféricos.

Esta es una propiedad de las ondas, por lo que podemos aplicarla también a cualquier otro tipo de ellas. La luz puede comportarse como onda o como partícula, según le interese, por lo que presenta las características de ambas, y por tanto también el efecto anterior. Imaginemos ahora que una partícula viajase a mayor velocidad que la de la luz. En ese caso dejaría una estela similar a la que dejaba el sonido, en forma de onda de choque, solo que esta vez en forma de radiación electromagnética en lugar de acústica, ya que la luz no es más que una onda electromagnética determinada.

Si has estudiado ciencias, probablemente a estas alturas habrás descubierto cual es el problema de este razonamiento. Una de las constantes universales es la velocidad de la luz (c), la cual no puede ser superada, como demostró Einstein. Sin embargo, esta constante se refiere a la velocidad de la luz en el vacío, ya que en cualquier otro medio la luz se propaga a velocidades bastante menores. De aquí surgen los índices de refracción en los materiales, que son los cocientes entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad en un medio concreto. A modo de ejemplo, un índice de 2 indicaría que la luz en ese medio viaja a la mitad de velocidad que en el vacío. Un índice de 4 indicaría que viajaría a una cuarta parte de su velocidad.

Por tanto, escogiendo un medio como es el agua, con un índice de refracción de 1.33, la luz pasaría de viajar a 300000 Km. por segundo a tan solo 225000 Km. por segundo (74000 Km. por segundo de diferencia). Nada le impide a una partícula, como por ejemplo un neutrón, superar esa velocidad dentro del agua, de forma que se desplazaría a mayor velocidad de lo que lo haría la luz en dicho medio. De esta forma se formaría la misma onda de choque que se formaba con el sonido, solo que esta vez en forma de onda electromagnética.

Pero esta onda electromagnética tiene la peculiaridad de que resulta visible para el ojo humano, dando una tonalidad azulada característica. Este efecto resulta muy visible en los reactores nucleares. En ellos se liberan grandes cantidades de neutrones por las reacciones de fisión, los cuales viajan a través de un moderador (que suele ser agua pesada). En dicho moderador, puede ocurrir que viajen a mayor velocidad que la de los fotones, por lo que se formaría dicha onda de choque.

De este efecto es de donde se ha tomado, en muchas películas y series de televisión, que las sustancias radiactivas brillen con un fulgor característico. Las sustancias radiactivas no brillan por si mismas (de hecho muchas son metales similares a cualquier otro). Sin embargo en los reactores nucleares, durante la fisión, los neutrones que se desprenden bastan para hacer que surja esta luz, la cual se asocia a la radiactividad. Es por eso que incluso en dibujos como en los Simpson, las cosas contaminadas por la radiactividad se representan con un brillo característico, solo que no debería ser verde, sino azulado, y solo darse dentro del reactor nuclear.

Ver esta radiación en directo puede llegar a ser difícil. Sin embargo, el lector curioso tiene dos opciones. La primera es la búsqueda en internet, en la que se pueden encontrar algunas imágenes [3][4][5], e incluso videos[6]. La segunda, para hacerse la idea, es conseguir un bote de tónica, una lámpara de luz ultravioleta (luz negra), y una habitación oscura. La tónica, al ser iluminada por luz ultravioleta, presenta fluorescencia, que hace que devuelva una iluminación muy parecida a la de la luz de Cherenkov. Por supuesto no tiene nada que ver una cosa con la otra, pero tanto el color como la forma en que se ve se asemejan mucho a como se vería en un reactor nuclear.

Por tanto, ahora ya sabéis que ese fulgor que se representa en las películas realmente existe y, aunque no sea exactamente así, pero al menos tendréis la certeza de que no es un efecto especial que se han sacado de la manga para hacer mas atractiva la imagen o resaltar que eso es peligroso (aunque en casi todas las películas se use mal).

[1] Onda subsónica.
[2] Onda supersónica.
[3] Reactor nuclear (imagen).
[4] Reactor nuclear (imagen).
[5] Reactor nuclear (imagen).
[6] Reactor nuclear (video).

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Por: ShadowStalker | Conocimientos útiles | Comentarios (1) | Referencias (0)