Когда заряженная частица движется сквозь среду со скоростью, превышающей фазовую скорость света в этой среде, она заставляет вещество среды излучать под вполне определенным углом: образуется так называемый черенковский (или маховский) конус излучения. Это -- стандартное определение черенковского излучения.

Однако в этом определении есть туманное место: что значит "фазовая скорость света в среде"? Ведь она зависит от частоты излучения! Так больше чего должна быть скорость движения частицы, чтобы возникало черенковское излучение? Вывод элементарен, но тем не менее непривычен даже человеку, прослушавшему университетский курс физики: четкой граничной скорости, выше которой существует черенковское излучение, а ниже -- нет, не существует. Излучение есть практически при любой скорости, только оно очень сильно ослабевает при уменьшении скорости. В частности, черенковское излучение есть и при скоростях заряженных частиц, меньших c/e₀^1/2, где e₀ -- диэлектрическая проницаемость среды для статического поля.

Результат этот вовсе не удивителен. Более того, он содержится еще в классической работе Э.Ферми 1940 года [E.Fermi, Phys.Rev.57 (1940) 485]. Удивительным является то, что этот факт игнорировался учеными. Действительно, Ферми получил лишь выражение для мощности черенковского излучения, но вопрос о том, как это излучение формируется, как оно распределено в пространстве, и в конце концов, есть ли вообще разница между излучением при v < c/e₀^1/2 и v > c/e₀^1/2, никем не исследовался.

Этот пробел был впервые восполнен в 1999 году благодаря работе российских ученых [G.Afanasiev, V.Kartavenko, E.Magar, Physica B 269 (1999) 95]. В этой работе впервые было изучено пространственное распределение черенковского излучения в обоих случаях. Для этого аккуратно выписывались и решались аналитически и численно уравнения, определяющие поле в излученной волне.

Результаты работы таковы. Во-первых, при скоростях движения заряда, превышающих c/e₀^1/2, энергия излучение в самом деле распределена в основном по поверхности черенковского конуса. Однако конус формируется только при достаточном удалении от частицы, а вблизи частицы поверхности максимума плотности энергии имеют вид параболического конуса. Во-вторых, при скоростях v < c/e₀^1/2 излучение существует, но не на поверхности конуса, а позади заряда, вблизи оси его движения. В-третьих, в таком режиме для каждой частоты излучения генерируются два типа волн, слегка отличающихся по направлению (одна практически сонаправлена с движением заряда, другая -- идет под небольшим углом). В результате эти две волны приводят к биениям в пространственном распределении излучения. И наконец, в-четвертых, излучение в этом случае возникает не сразу после того, как заряженная частица пролетает мимо, а со значительным запозданием. Другими словами, основная доля излучения формируется сильно позади заряда, на расстояниях порядка сотен типичных длин волн излучения.

Эти неожиданные свойства досветового черенковского излучения, несомненно, требовали экспериментального подтверждения. И первым шагом в этом направлении можно считать опыты, проведенные недавно группой американских и немецких ученых [T.Stevens et al, Science, 291 (2001) 627]. В этой работе было теоретически предсказано и затем экспериментально проверено существование досветового излучения при прохождении через среду суб-пикосекундного светового импульса, который эффективно создавал движущийся электрический диполь. Экспериментальные результаты удовлетворительно согласуются с теоретической картиной, что означает, по-видимому, правильное понимание процессов, приводящих к генерации досветового черенковского излучения.