Схема совпадений

В физике и электротехнике схема совпадений или вентиль совпадений — это электронное устройство с одним выходом и двумя (или более) входами. Выход активируется только тогда, когда схема получает сигналы в пределах временного окна, принятого как одновременно и параллельно на обоих входах. Схемы совпадений широко используются в детекторах частиц и в других областях науки и техники.

Вальтер Боте получил Нобелевскую премию по физике в 1954 году «...за открытие метода совпадений и последующие открытия, сделанные с его помощью». Бруно Росси изобрел электронную схему совпадений для реализации метода совпадений .

История [ править ]

Боте и Гейгер, гг . 1924–1925

В своей Нобелевской лекции ^[1] Боте описал, как он применил метод совпадений в эксперименте по комптоновскому рассеянию в 1924 году. Целью эксперимента было проверить, производит ли комптоновское рассеяние электрон отдачи одновременно с рассеянным гамма-лучем . Боте использовал два счетчика точечных разрядов, подключенных к отдельным волоконным электрометрам , и записывал отклонения волокна на движущейся фотопленке. На пленочной записи он мог различить совпадающие разряды с временным разрешением около 1 миллисекунды .

Боте и Кольхёрстер, год . 1929

В 1929 году Вальтер Боте и Вернер Кольхёрстер опубликовали описание эксперимента совпадения с трубчатыми счетчиками разрядов , который Ганс Гейгер и Вальтер Мюллер изобрели в 1928 году. Эксперимент Боте-Кольхёрстера показал проникновение заряженных частиц в космических лучах . Они использовали тот же механико-фотографический метод для регистрации одновременных разрядов, которые в этом эксперименте сигнализировали о прохождении заряженной частицы космических лучей через оба счетчика и через толстую стену из свинца и железа, окружающую счетчики. Их статья, озаглавленная «Das Wesen der Höhenstrahlung» , была опубликована в Zeitschrift für Physik, т. 56, стр. 751 (1929).

Росси, 1930 год [ править ]

Бруно Росси в возрасте 24 лет находился на своей первой работе в качестве ассистента в Физическом институте Флорентийского университета, когда он прочитал статью Боте-Кольхёрстера. Это вдохновило его начать собственные исследования космических лучей. Он изготовил трубки Гейгера по опубликованному рецепту и изобрел первую практическую электронную совпадающую схему. В нем использовалось несколько триодных электронных ламп , и он мог регистрировать совпадающие импульсы от любого количества счетчиков с десятикратным улучшением временного разрешения по сравнению с механическим методом Боте. Росси описал свое изобретение в статье под названием «Метод регистрации множественных одновременных импульсов нескольких счетчиков Гейгера», опубликованной в журнале Nature v.125, стр.636 (1930). Схема совпадений Росси была быстро принята экспериментаторами по всему миру. Это была первая практическая схема И , предшественник логических схем И электронных компьютеров .

Чтобы обнаружить импульс напряжения, создаваемый схемой совпадения при возникновении события совпадения, Росси сначала использовал наушники и подсчитывал «щелчки», а вскоре и электромеханический регистр для автоматического подсчета импульсов совпадения. Росси использовал версию своей схемы с тройным совпадением и различными конфигурациями счетчиков Гейгера в серии экспериментов в период с 1930 по 1943 год, которые заложили существенную часть основ физики космических лучей и элементарных частиц.

Примерно в то же время, независимо от Росси, Боте разработал менее практичное электронное устройство совпадений. В нем использовалась вакуумная лампа с одним пентодом , и он мог зарегистрировать только два совпадения.

Вероятность [ править ]

Основная идея «обнаружения совпадений» при обработке сигналов заключается в том, что если детектор обнаруживает сигнальный импульс среди случайных шумовых импульсов, присущих детектору, существует определенная вероятность, $P$ , что обнаруженный импульс на самом деле является шумовым импульсом. Но если два детектора обнаруживают сигнальный импульс одновременно, вероятность того, что это шумовой импульс в детекторах, равна $P^{2}$ . Предполагать $P=0.1$ . Затем $P^{2}=0.01$ . Таким образом, вероятность ложного обнаружения снижается за счет использования обнаружения совпадений.