Las partículas que se mueven más deprisa que la luz emiten radiación luminosa. ¿Cómo es posible, si no hay nada que se propague más deprisa que la luz?
A menudo se oye decir que las partículas no pueden
moverse «más deprisa que la luz» y que la «velocidad de la luz»
es el límite último de velocidad.
Pero decir esto es decir las cosas a
medias, porque la luz viaja a velocidades diferentes según el medio
en que se mueve. Donde más deprisa se mueve la luz es en el vacío:
allí lo hace a 299.793 kilómetros por segundo. Éste
es el límite último de velocidades.
Por consiguiente, para ser precisos habría que decir
que las partículas no pueden moverse «más deprisa que la velocidad
de la luz en el vacío».
Cuando la luz se mueve a través de un medio
transparente, siempre lo hace más despacio que en el vacío, y en
algunos casos mucho más despacio. Cuanto más despacio se mueva en
un medio dado, tanto mayor es el ángulo con que se dobla (refracta)
al entrar en ese medio desde el vacío y con un ángulo oblicuo. La
magnitud de ese doblamiento viene definida por lo que se denomina el
«índice de refracción».
Si dividimos la velocidad de la luz en el vacío por el
índice de refracción de un medio dado, lo que obtenemos es la
velocidad de la luz en dicho medio. El índice de refracción del
aire, a la presión y temperatura normales, es aproximadamente 1,003,
de modo que la velocidad de la luz en el aire es 299.793 dividido por
1,0003 ó 299.703 kilómetros por segundo. Es decir, 90 kilómetros
por segundo menos que la velocidad de la luz en el vacío.
El índice de refracción del agua es 1,33, del vidrio
corriente 1,7 y del diamante 2,42. Esto significa que la luz se mueve
a 225.408 kilómetros por segundo por el agua, a 176.349 kilómetros
por segundo por el vidrio y a sólo 123.881 kilómetros por segundo
por el diamante.
Las partículas no pueden moverse a
más de 299.793 kilómetros por segundo, pero desde luego sí a
257.500 kilómetros por segundo, pongamos por caso, incluso en el
agua. En ese momento están moviéndose por el agua a una velocidad
mayor que la de la luz en
el agua. Es más,
las partículas pueden moverse más deprisa que la luz en cualquier
medio excepto
el vacío.
Las partículas que se mueven más deprisa que la luz en
un determinado medio distinto del vacío emiten una luz azul que van
dejando tras de sí como si fuese una cola. El ángulo que forman los
lados de esta cola con la dirección de la partícula depende de la
diferencia entre la velocidad de la partícula y la de la luz en ese
medio.
El primero que observó esta luz azul emitida por las
partículas más veloces que la luz fue un físico ruso llamado Pavel
A. Cerenkov, que anunció el fenómeno en 1934. Esa luz se denomina,
por tanto, «radiación de Cerenkov». En 1937, otros dos físicos
rusos, Eya M. Frank e Igor Y. Tamm, explicaron la existencia de esta
luz, relacionándola con las velocidades relativas de la partícula y
de la luz en el medio de que se tratara. Como resultado de ello, los
tres recibieron en 1958 el Premio Nóbel de Física.
Para detectar dicha radiación y medir su intensidad y
la dirección con que se emite se han diseñado instrumentos
especiales, llamados «contadores de Cerenkov».
Los contadores de Cerenkov son muy útiles porque sólo
son activados por partículas muy rápidas y porque el ángulo de
emisión de la luz permite calcular fácilmente su velocidad. Los
rayos cósmicos muy energéticos se mueven a una velocidad tan
próxima a la de la luz en el vacío, que producen radiación de
Cerenkov incluso en el aire.
Los taquiones, partículas
hipotéticas que sólo se pueden mover más
de prisa que la luz
en el vacío, dejarían un brevísimo relámpago de radiación de
Cerenkov incluso en el vacío. Las esperanzas que tienen los físicos
de probar la existencia real de los taquiones se cifran en detectar
precisamente esa radiación de Cerenkov (suponiendo
que existan, claro está).
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