Переходное излучение - один из типов электромагнитного излучения, обнаруженный В.Л. Гинзбургом и И.М. Франком. Такое излучение возникает, например, при движении заряженной частицы через границу раздела двух диэлектриков с разной диэлектрической проницаемостью ε (вообще - при переходе из одного вещества в другое).

Заряд в вакууме приближается к проводнику с постоянной скоростью. Ускорение заряда равно нулю, следовательно, излучать он не должен. Посмотрим на ситуацию с другой стороны. Поле внутри проводника равно нулю, а снаружи складывается из поля движущегося заряда и индуцированных на поверхности проводника зарядах другого знака. На границе движущийся и индуцированные заряды аннигилируют, что эквивалентно мгновенной остановке, следовательно, возникает излучение(ускорение зарядов не равно нулю). Излучение будет эквивалентно излучению паре противоположных по знаку зарядов стартующих с границы в разные стороны. При этом возникает кажущийся пародокс: мгновенный старт дает бесконечное ускорение, следовательно излучается бесконечная энергия. Однако нужно понимать, что волны от разных зарядов интерферируют и "гасят" друг в друге эту беконечную энергию.

Такая же ситуация в случае с двумя диэлектриками: заряд на границе раздела мгновенно останавливается в одной среде и мгновенно стартует в другой. На самом деле скорость заряда не меняется, меняется лишь отношение его скорости к фазовой скорости света в веществе, которая равна C_ф = С/n, n - показатель преломления и зависит от диэлектрической проницаемости (n = (εμ)^1/2).

Переходное излучение применяется для регистрации заряхенных ультрарелятевистских (γ = (1 - v²/c²)^1/2 >> 1) частиц, например, электронов. Если рассматривать только излучение в рентгеновском диапазоне, то энергия, излученная в результате перехода частицы с зарядом ze из вакуума в среду с плазменной частотой ω_p (ω_{p <<} ω) определяется следующей формулой:

здесь α ≈ 1/137 - постоянная тонкой структуры. Угловое распределение в ультрарелятивистском случае описывается простой формулой:

 

 

 

При переходе из одного диэлектрика в другой (среду, с отличной диэлектрической проницаемостью ε) заряд мгновенно изменяет скорость, следовательно, существует ускорение и заряд излучает.  Реализовать такое можно, например, "обстреливая" какой-либо диэлектрический материал потоком электронов из воздуха.

В 60–х годах Гарибян показал, что релятивистские частицы будут излучать в рентгеновском диапазоне и переходное излучение обладает интересными свойствами с точки зрения физики высоких энергий:

– полная энергия переходного излучения ( проинтегрированная по всем углам и частотам) пропорциональна Лоренц–фактору γ (γ= E/m₀c²) частицы – что дает возможность определить энергию частицы в том случае, когда другие методы становятся неэффективными (например, измерение скорости черенковскими детекторами).

– фотоны переходного излучения летят по направлению частицы, с узким угловым распеределением, θ ~ 1/γ.

– число фотонов, излученных с одной поверхности раздела двух сред с разными диэлектрическими проницаемостями порядка α = 1/137.

Переходное излучение, в отличие от излучения Вавилова–Черенкова, которое возникает при скорости частицы, превышающей фазовую скорость света в среде, имеет место при любых скоростях. Спектр излучения вперед имеет максимум в рентгеновском диапазоне, в то время как излучение назад остается в оптическом диапазоне.

Полная энергия переходного излучения линейно зависит от gamma. Это справедливо только для фотонов в рентгеновском диапазоне. В оптическом диапазоне излученная полная энергия пропорциональна ln(γ).

Среднее число фотонов, излученных одиночной релятивистской заряженной частицей, пересекающей одну границу раздела, порядка α=1/137. В целях повышения интенсивности переходного излучения до практически наблюдаемых величин необходимо использовать в качестве радиатора излучения много поверхностей, например, стопку фольг в вакууме или газе, при этом число таких фольг может достигать нескольких сотен или тысяч.

Переходное излучение широко применяется в настоящее время для регистрации ультрарелятивистских (g = E / m) заряженных частиц, и в основном для электронов. При этом используется излучение только в области рентгеновских частот.

Переходное рассеяние - это излучение, которое возникает из-за изменения параметров среды, отвечающих за скорость зарядов в такой среде. Поэтому при существовании и распространении в среде таких изменений параметров будет излучать даже покоящийся заряд. Примером могут служить волны диэлектрической проницаемости в плазме.