• ​爱达荷国家实验室、的先进实验反应堆核心发出蓝光，不是因为其中包含蓝光，而是因为这是一个核反应堆，产生被水包围的带电粒子。当粒子穿过水的时候，它们的速度超过了介质中的光速，导致它们发出切伦科夫辐射，就像这个发出蓝光一样。

没有什么比光速更快的了。当爱因斯坦提出他的相对论时，这是他不可违背的假设：宇宙存在终极速度极限，只有无质量的粒子才能达到这个极限。所有的大质量粒子都只能接近它，但永远达不到它。根据爱因斯坦的理论，光速对所有参照系中的观察者都是一样的，任何形式的物质都不可能达到光速。

但这种对爱因斯坦的解释忽略了一个重要的警告：所有这些只有在纯粹、完全真空的空间中才成立。通过任何一种介质——无论是空气、水、玻璃、丙烯酸，还是任何气体、液体或固体——光的传播速度都要慢得多。另一方面，高能粒子只能比真空中的光速慢，而不是比介质中的光速慢。通过利用自然的这一特性，我们真的可以比光走得更快。

• ​太阳发出的光以299,792,458米/秒的速度穿过真空空间：这是宇宙速度的极限。然而，一旦光线照射到介质上，包括像地球大气层这样的物体，这些光子的速度就会下降，因为它们只能以光速穿过介质。虽然没有任何大质量粒子能在真空中达到光速，但它可以轻易地达到甚至超过介质中的光速。

想象一束光直接远离太阳。在真空的空间中，如果没有粒子或物质存在，它确实会以宇宙的极限速度运动—c: 299,792,458米/秒，即真空中的光速。尽管人类已经在对撞机和加速器中产生了极具能量的粒子，并探测到来自河外源的更有能量的粒子，但我们知道我们无法打破这个极限。

在大型强子对撞机上，加速质子的速度可达299,792,455米/秒，仅比光速低3米/秒。在LEP，它加速了电子和正电子，而不是质子，在现在LHC占据的同一条CERN隧道中，最高粒子速度是299,792,457.9964米/秒，这是有史以来最快的加速粒子。最高能量的宇宙射线以惊人的速度299,792,457.99999999999999918米/秒的速度进入。

• ​所有无质量粒子都以光速运动，但光速的变化取决于它是在真空中运动还是在介质中运动。如果你要和迄今为止发现的能量最高的宇宙射线粒子赛跑，带着一个光子到仙女座星系然后返回，大约500万光年的旅程，这个粒子将会以大约6秒的时间输掉比赛。

我们可以使物质粒子在真空中加速到接近光速的速度，但永远无法达到或超过光速。然而，这并不意味着我们永远不能超过光速；这只意味着我们不能在真空中走得比光还快。在介质是非常不同的。

你可以通过一束通过棱镜照射地球的阳光看到这一点。在真空中，光在空气中运动的速度可能非常接近光速，以至于无法察觉它的不同，但通过棱镜的光显然是弯曲的。这是因为在密度更大的介质中，光速会显著下降：在水中的速度为2.25亿米/秒，而在玻璃中速度为1.97亿米/秒。这种缓慢的速度，加上各种守恒定律，确保了光在介质中弯曲和扩散。

• ​白光通过棱镜时的行为表明，不同能量的光在介质中以不同的速度运动，而不是在真空中。牛顿是第一个解释反射、折射、吸收和透射以及白光分解成不同颜色的能力的人。

这一特性导致了一个惊人的预测：只要处于光速低于真空光速的介质中，你就有可能比光速还快。例如，许多核过程通过聚变、裂变或放射性衰变导致带电粒子(如电子)的发射。虽然这些带电粒子可能是高能的、快速运动的，但它们在真空中永远无法达到光速。

但是如果让那个粒子穿过一个介质，即使是像水这样简单的东西，它也会突然发现它在那个介质中运动的速度比光速还快。只要中由物质粒子和超光速粒子带电，它会发出一种特殊形式的辐射特性的配置：erenkov（切伦科夫）辐射。

• ​核反应堆实验RA-6(阿根廷共和国6号)，显示了特徵的切伦科夫辐射、。波利在1930年首次提出的中微子(或者更准确地说，反中微子)是在1956年的一个类似核反应堆中发现的。现代实验继续观察中微子的不足，但正以前所未有的速度努力量化它，而切伦科夫辐射的探测已经彻底改变了粒子物理学。

切伦科夫辐射典型表现为蓝色光芒，当带电粒子被释放出来的传播速度比光在一个特定的媒介。如上图所示，它最常见于核反应堆周围的水中。反应堆内部的反应会导致高能量粒子的排放，这些粒子在水中的移动速度比光还快，但反应堆周围有大量的水，以保护外部环境免受有害辐射的影响。

这是非常有效的！有电磁带电粒子之间的相互作用发生在运动和媒介(带电)粒子穿越，导致旅游粒子辐射和交互的一个特定的能源都容许方向：径向向外，垂直方向的运动。

• ​这个动画展示了相对论性带电粒子在介质中运动的速度比光还快时会发生什么。相互作用使粒子发射出一种称为切伦科夫辐射的锥形辐射，这种辐射依赖于入射粒子的速度和能量。在实验粒子物理学中，探测这种辐射的性质是一项非常有用和广泛应用的技术。

但由于发射辐射的粒子在运动，而且运动得如此之快，所有这些发射的光子都会被增强。这个粒子—在它所经过的介质中运动速度比光还快——将发射出一个锥体辐射，其运动方向与发射它的粒子相同。

切伦科夫辐射出来的角度仅取决于两个因素：

1. 粒子的速度(在介质中比光快，但在真空中比光慢)，
2. 以及介质中的光速(vlight)。

事实上，这个公式很简单：θ= cos-1 (Vlight / Vparticle)。这意味着光发出的角度是这两种速度之比的倒数余弦，即介质中的光速与粒子的速度之比。

• ​超级神冈德的装满水的水箱，对质子的寿命设定了最严格的限制。这个巨大的容器不仅充满了液体，而且内衬着光电倍增管。当相互作用发生时，例如中微子撞击、放射性衰变或(理论上)质子衰变，就会产生切伦科夫光，并可由光电倍增管探测到，光电倍增管使我们能够重建粒子的性质和起源。

有一些重要的事情要注意切伦科夫辐射。首先，它同时携带能量和动量，而能量和动量必然来自于在介质中运动速度超过光速的粒子。这意味着发射erenkov辐射的粒子由于其发射而减慢。

第二，切伦科夫辐射发射的角度让我们来确定粒子的速度，导致其发射。如果您可以测量源自特定粒子的切伦科夫光，则可以重建该粒子的属性。在实践中，您可以设置一个大柜的材料与光电倍增管衬里的边缘，和发现切伦科夫辐射允许您重构入射粒子的属性。

• ​一个中微子事件，通过沿着探测器壁上的光电倍增管出现的切伦科夫辐射环来识别，展示了中微子天文学和利用切伦科夫辐射的成功方法。这张图片展示了多个事件，是一系列实验的一部分，为我们更好地理解中微子铺平了道路。

有趣的是，切伦科夫辐射理论之前，爱因斯坦的相对论表现得默默无闻。数学家奥利佛·希维赛德在1888年至1899年预测到了这一点，阿诺德·索莫费尔德在1904年独立完成了这一预测。但是，随着爱因斯坦1905年狭义相对论的问世，没有人对这条思路有足够的兴趣再去研究它。即使当居里夫人1910年在镭溶液中观察到蓝光时，她也没有研究蓝光的来源。

• ​宇宙射线是来自宇宙各处的超高能量粒子，它撞击高层大气中的质子，并产生大量新粒子。由于切伦科夫辐射，这些快速移动的带电粒子在地球大气中移动的速度比光速还快，因此也会发出光。目前正在建造和扩展望远镜阵列来直接探测切伦科夫光。

切伦科夫准备丰富的放射性水的解决方案，并注意到蓝光特征。当有一个荧光现象，电子去激发并发出可见的辐射，这种辐射是各向同性的：在所有方向上都是一样的。但是对于水中的放射源，辐射不是各向同性的，而是锥状的。这些锥状物后来被证明与发射出的带电粒子相对应。新形式的辐射，知之甚少切伦科夫 1934年发现的，因此叫切伦科夫辐射。

三年后，切伦科夫理论同事伊戈尔·塔姆和Ilya弗兰克能够成功地描述这些影响在相对论和电磁环境中，导致erenkov探测器成为一个有用的和标准技术在实验粒子物理。1958年，他们三人共同获得诺贝尔物理学奖。

• ​1958年，诺贝尔物理学奖授予了三位主要负责揭示带电粒子在介质中运动速度超过光速时辐射的实验和理论性质的科学家。蓝色的光芒,今天被称为切伦科夫辐射，具有巨大的应用物理。

但无论走到哪里，潜在的现象都是一样的：在介质中，一个带电粒子的移动速度比光的移动速度快，它会发射出一个蓝色辐射锥，在显示其能量和动量信息的同时，它会减速。你仍然不能打破宇宙速度的极限，但除非你在一个真实的、完美的真空中，否则你总能比光速快。所需要的只是足够的能量。