¿Qué está causando que se produzca radiación de Cherenkov cuando una partícula excede la velocidad de la luz para ese medio?

La radiación de Cherenkov solo ocurre para partículas cargadas. Entonces, comencemos con el siguiente modelo mental de una partícula cargada. La partícula cargada se encuentra en el centro de una red muy grande compuesta de campos eléctricos que ha producido su carga. Cuando la partícula cargada se mueve a una velocidad constante, toda esta frágil red de campos eléctricos viaja con ella.
Si la partícula viaja en el vacío y cambia la velocidad de cualquier manera, su red de campos eléctricos arroja algo de radiación a medida que los campos se reorganizan para viajar con la partícula cargada en su nuevo camino (radiación de ciclotrón).
La radiación de Cherenkov implica una complicación adicional para el modelo. Ahora consideramos una partícula cargada que se mueve a través de un material dieléctrico (polarizable). Este medio polarizable interactúa con los campos eléctricos de partículas cargadas. Si esos campos eléctricos cambian más rápido de lo que el medio polarizable puede reaccionar, entonces vemos radiación de Cherenkov. En cierto sentido, el medio comienza a reducir la velocidad de la partícula de carga porque se resiste al cambio rápido de los campos eléctricos que la partícula trae consigo. El mecanismo de esa fuerza disipativa es “agarrar” los campos eléctricos, haciendo que pedazos de esos campos se “rompan” como radiación electromagnética, al igual que la radiación electromagnética se arroja en el caso de radiación de ciclotrón más simple con el que comenzamos.

¿Eso ayuda?

La velocidad de la luz en el medio no tiene, básicamente, nada que ver con la rapidez con la que puedes dispararle. Elija un material que ralentice la luz, dispare una partícula muy rápida a través de él (o haga que se produzca una descomposición dentro de él), y se irá “más rápido que la luz”: voila. El ejemplo más conocido es la luz azulada de los reactores nucleares, causada por electrones de alta energía que vuelan a través del agua alrededor del combustible.

La radiación se produce de manera muy similar a cómo un objeto supersónico crea un boom sónico. La partícula está enviando ondas por delante y por detrás: el medio emite radiación a lo largo de su camino a medida que las partículas cargadas del medio son “sacudidas” por su paso, e irradian cuando regresan a estados de energía más bajos.

Si fuera más lento que la velocidad de la luz (o el sonido, en el caso de un chorro), las ondas que emitió anteriormente lo golpearon a las ubicaciones posteriores en su camino, presumiblemente causando interferencia destructiva, porque todas las fases se cancelan entre las ondas que comenzó en diferentes momentos. Pero si va más rápido que la luz / sonido, envía muchos picos de onda que simplemente … siguen avanzando. Y si estás en el cono de enfrente, los obtienes todos a la vez: un boom sónico.

Al menos, eso tiene sentido para mí. Sin embargo, no he estudiado estas cosas en profundidad.

La radiación de Cherenkov es realmente útil para detectar partículas, y es prácticamente la única forma en que podemos ver los neutrinos, que pueden volar por toda la tierra sin golpear nada. O más bien, los neutrinos rara vez golpean algo, por lo que los dejamos volar a través de tanques gigantes de agua (creo que se verificaron por primera vez con un pozo de minas inundado). Cuando golpean moléculas de agua (u otro líquido), excitan partículas cargadas que pueden ir más rápido que la luz en ese medio. El detector de neutrinos IceCube en la Antártida está haciendo esto con los neutrinos que chocan con el hielo, algunos de los cuales llegan allí después de atravesar toda la tierra para llegar allí, por lo que obtienen neutrinos del norte.

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