Pomiar koincydencji
Termin koincydencja jest średnio łaciński ( co / con razem '+ in , in' + cadere / cidere fall 'lub razem w punkcie) ( jesień ) i ogólnie oznacza zejście się wydarzeń w określonym z góry okresie czasu. W technice pomiarowej, zwłaszcza w dziedzinie fizyki atomowej, jądrowej i cząstek elementarnych, stosuje się zasadę pomiaru koincydencji z obwodem z co najmniej dwoma wejściami, w której sygnał wyjściowy jest generowany tylko wtedy, gdy impulsy pojawiają się jednocześnie na wszystkich wejściach.
historia
Pierwsza aplikacja
Jean Jacques d'Ortous de Mairan (1678–1771) wynalazł metodę koincydencji do pomiarów wahadła, którą później udoskonalił Jean Charles Borda .
Odrzut elektronu i rozproszone fotony w efekcie Comptona
Walther Bothe i Hans Geiger wykorzystali metodę koincydencji w fizyce atomowej, aby udowodnić jednoczesne występowanie elektronu odrzutu i rozproszonego fotonu w efekcie Comptona . W tym eksperymencie, który w 1924 roku przeprowadzili za pomocą led / 25, obrócili wiązkę promieni rentgenowskich wąskiej wiązki między dwoma licznikami pików (prekursorami liczników Geigera-Müllera ), które znajdowały się w atmosferze wodoru. Wodór pochłania promienie X tylko słabo, ale silnie je rozprasza. Jedna licznik rurki, licznik rurki 1, pozostawała otwarta i tym samym wypełniona wodorem. Druga rura, przeciwrura 2, została pokryta platynową folią, a wnętrze wypełniono powietrzem. Ponieważ folia platynowa pochłania odrzutowe elektrony, wypełniona powietrzem rura pomiarowa 2 nie reagowała na elektrony. Fotony wnikały w błonę i w wyniku tego uwalniały z powietrza, ścianek i samej powłoki fotoelektrony, które zostały zarejestrowane przez licznik 2. Otwarty licznik 1 nie zarejestrował prawie żadnych fotonów, ponieważ są one tylko nieznacznie absorbowane przez wodór. Z drugiej strony mierzone są elektrony odrzutu. Ponieważ druga rura licznikowa nie rejestruje każdego przychodzącego fotonu, odchylenie drugiego elektrometru nie odpowiada każdej odpowiedzi elektrometru podłączonego do pierwszego licznika. Jeśli jednak zachodzi zbieżność odrzutu elektronu i fotonu, każde odchylenie licznika fotonów musi odpowiadać odchyleniu licznika elektronów. W tym eksperymencie nie zmierzono pełnej zgodności, ale ocena statystyczna wykazała liczbę zbiegów okoliczności wynoszącą 150 000 w porównaniu z 1, co dowodzi, że te zgodności nie są przypadkowe, ale raczej dowodzą jednoczesności rozpraszania i generowania odrzutu elektronu.
Zaletą rozwoju pomiaru koincydencji jest fakt, że Bothe i Geiger zastosowali elektroniczną rejestrację odpowiedzi lamp licznikowych, tj. Automatycznie rejestrowali liczbę przypadków koincydencji i tym samym unikali uciążliwej obserwacji wizualnej przez eksperymentatorów. W ten sposób skuteczność metody jest znacznie zwiększona. Pomiar koincydencji rozwinął się ogólnie do ważnej zasady badawczej w badaniu promieniowania kosmicznego, w badaniu procesów cząstek elementarnych i badaniu efektu Comptona.
Promieniowanie kosmiczne
Po tym, jak Victor Hess odkrył promieniowanie kosmiczne podczas lotów balonem w 1912 r. , Walther Bothe i Werner Kolhörster dostarczyli w 1929 r. Za pomocą zbiegowych pomiarów, że to przenikające promieniowanie pochodziło poza Ziemię. Opracowali technikę wyświetlania odpowiedzi dwóch lub więcej liczników Geigera-Müllera tylko wtedy, gdy czasy odpowiedzi następowały po sobie w określonym z góry krótkim odstępie czasu . Stało się to, gdy jedna i ta sama cząstka przeszła przez wszystkie probówki zliczające. Urządzenie mogło rejestrować promieniowanie tylko z określonych kierunków. Stwierdzono, że cząstki spadały preferencyjnie prostopadle do powierzchni ziemi; intensywność występowania jednak malała, gdy aparat był pochylony w kierunku horyzontu. Wskazuje to wyraźnie na pozaziemskie pochodzenie, ponieważ w tym przypadku padające prostopadle cząstki mają najkrótszą drogę przez ziemską atmosferę, a zatem są najmniej absorbowane.
Dalszy rozwój
W 1954 roku Bothe otrzymał w nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki wraz z Max Born za pracę nad promieniowaniem kosmicznym z metodą koincydencji i na przemian jądrowych .
Obecnie pomiar koincydencji jest ważnym środkiem badania promieniowania kosmicznego i wszystkich typów procesów jądrowych i cząstek elementarnych. Rozdzielczość czasowa elektroniki Bothe'a i Geigera wynosiła około 1 ms. Nowoczesna elektronika pozwala na rozdzielczości poniżej 50 ps, więc same detektory są zwykle czynnikiem ograniczającym.
Zobacz też
literatura
- Eduard W. Schpolski: Fizyka atomowa. 1993.
- BM Jaworski, AA Detlaf: Słownik fizyki.
- Emilio Segre: Wielcy fizycy i ich odkrycia. 1997.