Jak już wspomniano, naładowana cząstka elementarna w czasie przejścia przez ośrodek dielektryczny może tracić swoją energię przez emisje promieniowania elektromagnetycznego, zwanego promieniowaniem Czerenkowa (ang. Czerenkov radiation). Emitowane fotony rozchodzą się wzdłuż tworzących stożka. Natężenie promieniowania związane jest zatem z kątem emisji promieniowania (kątem rozwarcia stożka), a ten z kolei związany jest z prędkością cząstki. Natężenie zależy również od ładunku cząstki. Aby lepiej zrozumieć geometrię i charakter promieniowania warto najpierw zapoznać się z przygotowaną symulacją [symulacja]. Poniżej, opis fizyczny.

Zjawiskiem emisji fotonów Czerenkowa rządzą następujące procesy: przy przejściu naładowanej cząstki (takiej jak elektron, pion czy kaon) przez przezroczysty ośrodek (jak szkło, woda czy aerożel), atomy tego ośrodka w najbliższym otoczeniu cząstki zostają spolaryzowane przez pole elektryczne tejże cząstki. Dipole elektryczne, które wytwarzają się wskutek polaryzacji, mają rozkład całkowicie symetryczny względem kierunku ruchu naładowanej cząstki. Jeżeli prędkość cząstki jest mniejsza od prędkości światła w ośrodku, to rozkład dipoli jest również chwilowo symetryczny względem płaszczyzny prostopadłej do płaszczyzny ruchu cząstki i płaszczyzny zawierającej cząstkę. Skutkiem tego jest zerowy moment dipolowy (w odległości dużej w porównaniu z odległością międzyatomową). Jeżeli natomiast prędkość przechodzącej cząstki jest większa od prędkości światła w ośrodku, to pole polaryzacji wytworzone przez przechodzącą cząstkę nie może powstawać tak szybko jak porusza się cząstka. Wówczas występuje tylko symetria rozkładu dipoli względem kierunku ruchu cząstki. Druga symetria nie występuje, czego skutkiem jest pojawienie się pola dipoli elektrycznych (w dużej odległości w porównaniu z odległością międzyatomową). Pole to może zostać osłabione w wyniku emisji promieniowania elektromagnetycznego. Każdy punkt wzdłuż drogi cząstki jest chwilowym źródłem dipolowym, co prowadzi nas do klasycznego prawa Huyghens'a. Z prawa składania się fal i podstawowej fizyki otrzymujemy następujące związki:

Promieniowanie to w 1934 roku odkrył Paweł Aleksjejewicz Czerenkow (ros. Павел Алексеевич Черенков), badając luminescencję roztworów soli uranu pod wpływem działania promieniowania gamma ze źródła radowego, za co w 1958 roku został uhonorowany nagrodą Nobla. 214 559 ówczesnych koron szwedzkich uczony podzielił z dwoma innymi rosyjskimi uczonymi - Ilja Michaiłowicz Frankiem (ros. Илья Михайлович Франк) oraz z Igorem Jewgeniewicz Tammem (ros. Игорь Евгеньевич Тамм), którzy podali matematyczny opis zjawiska, między innymi różniczkową zależność strat energetycznych od częstości promieniowania i przebytej drogi:

gdzie:

ω - częstość kątowa promieniowania Czerenkowa, μ - przenikalność magnetyczna, q - ładunek cząstki przechodzącej. Zależność ta została w pełni zweryfikowana w roku

1943, co stało się możliwe dzięki pierwszej lampie rentgenowskiej o zmiennym napięciu zasilania. Eksperyment wykonano dla różnych, cienkich warstw miki. Poniżej, wykres z oryginalnej pracy (1) oraz zależność pędowa dla różnych cząstek w różnych ośrodkach (płynny i gazowy) w eksperymencie DELPHI.

- Kąt rozwarcia stożka w funkcji energii elektronów w mice

kąt rozwarcia stożka w funkcji energii elektronów w mice

- Kąt rozwarcia stożka w funkcji pędu różnych cząstek w ośrodku a) ciekłym, b) gazowym - eksperyment DELPHI

kąt rozwarcia stożka w funkcji pędu - eksperyment DELPHI

----------
(1) H.O. Wyckoff and J.E. Henderson. Phys. Rev. 64(1943) 1.

Promieniowanie Czerenkowa