Lorsqu'une particule chargée dépasse la vitesse de phase de la lumière c/n dans un milieu, elle émet un cône de choc bleu cohérent. Réglez la vitesse et l'indice pour voir le cône se former, disparaître sous le seuil et coïncider avec le cône de Mach acoustique.
Une particule chargée traverse le milieu de gauche à droite. Quand v > c/n, les fronts d'onde sphériques se superposent et s'empilent en un cône de choc bleu — la lueur caractéristique de Tcherenkov.
Frank-Tamm : I ∝ (1 − 1/n²β²)/λ² — l'émission est dominée par les courtes longueurs d'onde (bleues), d'où la couleur bleue de la lueur.
Une particule chargée traversant un milieu diélectrique polarise les molécules environnantes. Chaque polarisation se relaxe en émettant une petite onde lumineuse sphérique. Quand la particule est lente, ces ondes interfèrent destructivement et rien ne se propage vers l'extérieur. Mais lorsque la vitesse v dépasse la vitesse de phase de la lumière dans le milieu, c/n, les ondes ne peuvent plus suivre : elles s'empilent en un front de choc bidimensionnel cohérent, un cône de lumière qui suit la particule. Le demi-angle du cône satisfait cos θ = c/(nv) = 1/(nβ). L'effet fut prédit par Heaviside (1888) et Sommerfeld, et observé par Tcherenkov (1934) ; l'explication quantique de Tamm et Frank valut le prix Nobel 1958. C'est l'analogue électromagnétique du bang supersonique.
Un avion supersonique écarte les molécules d'air plus vite que le son ne peut transporter la perturbation. Les ondes sonores sphériques superposées forment un cône de choc de demi-angle μ satisfaisant sin μ = c_s/v = 1/Ma, où Ma est le nombre de Mach. En remplaçant c_s par c/n et Ma par nβ, la formule acoustique devient la formule de Tcherenkov. Les deux illustrent le même fait géométrique : dans un milieu où les ondes ont une vitesse de phase finie, une source dépassant cette vitesse ne peut rayonner isotropement et doit concentrer son émission dans un cône.
Le rayonnement de Tcherenkov fonde les détecteurs de particules mesurant la vitesse à mieux que 1 % : les détecteurs RICH de LHCb et ALICE identifient π/K/p par l'angle du cône. Les télescopes à neutrinos comme IceCube et Super-Kamiokande détectent la lumière de Tcherenkov d'électrons et de muons secondaires dans un kilomètre cube de glace ou d'eau, reconstruisant la direction du neutrino à partir du cône. Dans les réacteurs nucléaires, la lueur bleue inquiétante de la piscine est la lumière de Tcherenkov d'électrons rapides diffusés par des rayons gamma — une signature visuelle directe de la radioactivité. Les accélérateurs médicaux et les lignes de faisceau de physique des hautes énergies présentent la même lueur.
Déplacez le curseur de vitesse v/c. Restez sous 1/n et aucun cône ne se forme : vous êtes sous le seuil. Franchissez le seuil et le cône bleu apparaît d'un coup, grandissant vers son maximum θ_max = arccos(1/n) quand v → c. Augmentez l'indice n pour élargir le cône et abaisser la barre de vitesse. Essayez le préréglage Piscine de réacteur pour la lueur classique dans l'eau, puis Sous le seuil pour voir le cône disparaître, puis Cône de Mach pour l'analogue acoustique d'une source supersonique. Le graphique d'angle trace cos θ = 1/(nβ) en direct ; le spectre montre la dominance du bleu en 1/λ².