Получив слабое голубоватое свечение от бутылки с водой при ее облучении радиоактивными веществами, русский исследователь понял, что происходит, когда нечто движется быстрее, чем свет.
Давайте скажем сразу, что в вакууме свет имеет самую высокую скорость распространения (иногда говорят о «фазовой скорости света»), так что нечего и помышлять о том, чтобы превысить ее. Однако со времен открытия закона Снеллиуса было известно, что в различных прозрачных средах, таких как воздух или вода, фазовая скорость света снижается.
В 1934 году Павел Черенков проводил эксперименты в лаборатории С.И. Вавилова с люминесценцией воды при облучении ее гамма-лучами и пытался понять, что заставляет воду светиться. Оказалось, что гамма-излучение выбивает из атомов воды электроны, движущиеся со скоростями, превышающими фазовую скорость света в воде (три четвертых скорости света в вакууме). Если в вакууме быстрее скорости света двигаться нельзя, то в воде частицы с ненулевой массой покоя (т.е. материя) могут двигаться быстрее скорости света.
Вначале казалось, что все просто. Эти высокоэнергетические частицы — чаще всего легкие, такие как электрон, — пробиваются сквозь среду, возбуждая атомы и заставляя их испускать излучение. Но более медленный в данной среде свет не может испускаться сверхсветовыми частицами вперед. Когда упругая волна воздуха не может оторваться от сверхзвукового самолета, преодолевающего звуковой барьер, она образует звуковую ударную волну. В эффекте Черенкова происходит нечто подобное, а именно формируется «ударная волна» из фотонов, которые и дают голубоватое свечение.
Эффект Черенкова стал зримым доказательством того, что природные высокоэнергетические частицы — это гости из космоса. (Они даже получили название «космические лучи», хотя на самом деле являются элементарными частицами, летящими с почти световыми скоростями.) Вспышки излучения Черенкова являются знаком их прибытия, поскольку они сталкиваются с молекулами воздуха, создавая выбросы высокоэнергетических частиц. Черенковский детектор также позволяет наблюдать неуловимые нейтрино, ливень которых обрушивается на нашу планету.