La radiación de transición ( TR ) es una forma de radiación electromagnética que se emite cuando una partícula cargada pasa a través de medios no homogéneos , como un límite entre dos medios diferentes. Esto contrasta con la radiación de Cherenkov , que se produce cuando una partícula cargada pasa a través de un medio dieléctrico homogéneo a una velocidad mayor que la velocidad de fase de las ondas electromagnéticas en ese medio.
La radiación de transición fue demostrada teóricamente por Ginzburg y Frank en 1945. [1] Demostraron la existencia de la radiación de transición cuando una partícula cargada pasaba perpendicularmente a través de un límite entre dos medios homogéneos diferentes. La frecuencia de la radiación emitida en la dirección hacia atrás con respecto a la partícula estaba principalmente en el rango de la luz visible . La intensidad de la radiación era logarítmicamente proporcional al factor de Lorentz de la partícula. Después de la primera observación de la radiación de transición en la región óptica, [2] muchos estudios tempranos indicaron que la aplicación de la radiación de transición óptica para la detección e identificación de partículas individuales parecía estar severamente limitada debido a la baja intensidad inherente de la radiación.
El interés en la radiación de transición se renovó cuando Garibian demostró que la radiación también debería aparecer en la región de rayos X para partículas ultrarrelativistas. Su teoría predijo algunas características notables para la radiación de transición en la región de rayos X. [3] En 1959, Garibian demostró teóricamente que las pérdidas de energía de una partícula ultrarrelativista , al emitir TR mientras pasa el límite entre el medio y el vacío , eran directamente proporcionales al factor de Lorentz de la partícula. [4] El descubrimiento teórico de la radiación de transición de rayos X, que era directamente proporcional al factor de Lorentz, hizo posible un mayor uso de TR en la física de alta energía . [5]
A partir de 1959 se inició una intensa investigación teórica y experimental sobre la TR, y en particular sobre la TR de rayos X. [6] [7]
La radiación de transición en la región de rayos X ( TR ) es producida por partículas cargadas relativistas cuando cruzan la interfaz de dos medios de diferentes constantes dieléctricas . La radiación emitida es la diferencia homogénea entre las dos soluciones no homogéneas de las ecuaciones de Maxwell de los campos eléctrico y magnético de la partícula en movimiento en cada medio por separado. En otras palabras, como el campo eléctrico de la partícula es diferente en cada medio, la partícula tiene que "sacudirse" la diferencia cuando cruza el límite. La pérdida total de energía de una partícula cargada en la transición depende de su factor de Lorentz γ = E / mc 2 y se dirige principalmente hacia adelante, alcanzando un máximo en un ángulo del orden de 1/ γ con respecto a la trayectoria de la partícula. La intensidad de la radiación emitida es aproximadamente proporcional a la energía de la partícula E .
La radiación de transición óptica se emite tanto en dirección hacia delante como reflejada por la superficie de la interfaz. En el caso de una lámina que tiene un ángulo de 45 grados con respecto a un haz de partículas , la forma del haz de partículas se puede ver visualmente en un ángulo de 90 grados. Un análisis más elaborado de la radiación visual emitida puede permitir la determinación de γ y la emitancia.
En la aproximación del movimiento relativista ( ), ángulos pequeños ( ) y alta frecuencia ( ), el espectro de energía se puede expresar como: [8]
Donde es la carga atómica, es la carga de un electrón, es el factor de Lorentz , es la frecuencia del plasma . Esta diverge en frecuencias bajas donde las aproximaciones fallan. La energía total emitida es:
Las características de esta radiación electromagnética la hacen adecuada para la discriminación de partículas, particularmente de electrones y hadrones en el rango de momento entre1 GeV/c y100 GeV/c . Los fotones de radiación de transición producidos por los electrones tienen longitudes de onda en el rango de los rayos X, con energías típicamente en el rango de 5 a15 keV . Sin embargo, el número de fotones producidos por cruce de interfaz es muy pequeño: para partículas con γ = 2×10 3 , se detectan aproximadamente 0,8 fotones de rayos X. Por lo general, se utilizan varias capas de materiales o compuestos alternados para recolectar suficientes fotones de radiación de transición para una medición adecuada, por ejemplo, una capa de material inerte seguida de una capa de detector (por ejemplo, una cámara de gas de microbanda), y así sucesivamente.
Al colocar interfases (láminas) de un espesor y una separación de láminas muy precisos, los efectos de coherencia modificarán las características espectrales y angulares de la radiación de transición. Esto permite obtener una cantidad mucho mayor de fotones en un "volumen" angular menor. Las aplicaciones de esta fuente de rayos X están limitadas por el hecho de que la radiación se emite en un cono, con una intensidad mínima en el centro. Los dispositivos de enfoque de rayos X (cristales/espejos) no son fáciles de construir para tales patrones de radiación.
Un tipo especial de radiación de transición es la radiación difusiva. Se emite siempre que una partícula cargada atraviese un medio con una permitividad dieléctrica aleatoriamente no homogénea^{9,10,11}.
9. ^SRAtayan y Zh.S.Gevorkian, Difusión de pseudofotones y radiación de una partícula cargada en un medio aleatoriamente no homogéneo, Sov.Phys.JETP,v.71(5),862,(1990).\\
10. ^Zh.S.Gevorkian, Radiación de una partícula cargada relativista en un sistema con aleatoriedad unidimensional, Phys.Rev.E,v.57,2338,(1998).\\
11. ^ Zh.S.Gevorkian, CPChen y Chin-Kun Hu, Nuevo mecanismo de radiación de rayos X de una partícula cargada relativista en un medio aleatorio dieléctrico, Phys.Rev.Lett. v.86,3324,(2001).
