Circuito de coincidencia

En física e ingeniería eléctrica, un circuito de coincidencia o puerta de coincidencia es un dispositivo electrónico con una salida y dos (o más) entradas. La salida se activa solo cuando el circuito recibe señales dentro de una ventana de tiempo aceptada como al mismo tiempo y en paralelo en ambas entradas. Los circuitos de coincidencia se utilizan ampliamente en detectores de partículas y en otras áreas de la ciencia y la tecnología.

Walther Bothe compartió el Premio Nobel de Física en 1954 "... por su descubrimiento del método de la coincidencia y los descubrimientos realizados posteriormente por él." Bruno Rossi inventó el circuito electrónico de coincidencia para implementar el método de coincidencia.

Historia

Ambos, 1924

En su conferencia del Premio Nobel, Bothe describió cómo había implementado el método de coincidencia en un experimento sobre la dispersión de Compton en 1924. El experimento tenía como objetivo comprobar si la dispersión de Compton produce un electrón de retroceso simultáneamente con el rayo gamma dispersado. Ambos utilizaron contadores de descarga de dos puntos conectados a electrómetros de fibra separados y registraron las desviaciones de la fibra en una película fotográfica en movimiento. En el registro de la película pudo distinguir descargas coincidentes con una resolución de tiempo de aproximadamente 1 milisegundo.

Bothe y Kohlhörster, 1929

En 1929, Walther Bothe y Werner Kolhörster publicaron la descripción de un experimento de coincidencia con contadores de descarga tubular que Hans Geiger y Wilhelm Müller habían inventado en 1928. El experimento de Bothe-Kohlhörster mostró partículas cargadas penetrantes en rayos cósmicos. Utilizaron el mismo método mecánico-fotográfico para registrar descargas simultáneas que, en este experimento, señalaron el paso de una partícula cargada de rayos cósmicos a través de ambos contadores ya través de una gruesa pared de plomo y hierro que rodeaba los contadores. Su artículo, titulado Das Wesen der Höhenstrahlung", fue publicado en Zeitschrift für Physik v.56, p.751 (1929).

Rossi, 1930

Bruno Rossi, a la edad de 24 años, estaba en su primer trabajo como asistente en el Instituto de Física de la Universidad de Florencia cuando leyó el artículo de Bothe-Kohlhörster. Lo inspiró a comenzar su propia investigación sobre los rayos cósmicos. Fabricó tubos Geiger según la receta publicada e inventó el primer circuito electrónico coincidente práctico. Empleaba varios tubos de vacío de triodo y podía registrar pulsos coincidentes de cualquier número de contadores con una mejora de diez veces en la resolución de tiempo sobre el método mecánico de Bothe. Rossi describió su invento en un artículo titulado "Método para registrar múltiples impulsos simultáneos de varios contadores Geiger", publicado en Nature v.125, p.636 (1930). Experimentadores de todo el mundo adoptaron rápidamente el circuito de coincidencia de Rossi. Fue el primer circuito AND práctico, precursor de los circuitos lógicos AND de las computadoras electrónicas.

Para detectar el pulso de voltaje producido por el circuito de coincidencia cuando ocurría un evento de coincidencia, Rossi primero usó auriculares y contó los 'clics', y luego un registro electromecánico para contar los pulsos de coincidencia automáticamente. Rossi usó una versión de triple coincidencia de su circuito con varias configuraciones de contadores Geiger en una serie de experimentos durante el período de 1930 a 1943 que sentaron una parte esencial de los cimientos de la física de partículas y rayos cósmicos.

Casi al mismo tiempo, e independientemente de Rossi, Bothe ideó un dispositivo electrónico de coincidencia menos práctico. Utilizaba un solo tubo de vacío de pentodo y solo podía registrar dos coincidencias.

Probabilidad

La idea principal de "detección de coincidencias" en el procesamiento de señales es que si un detector detecta un pulso de señal en medio de pulsos de ruido aleatorios inherentes al detector, hay cierta probabilidad, P{displaystyle P}, que el pulso detectado es en realidad un pulso de ruido. Pero si dos detectores detectan el pulso de señal simultáneamente, la probabilidad de que sea un pulso de ruido en los detectores es P2{displaystyle P^{2}. Suppose P=0.1{displaystyle P=0.1}. Entonces... P2=0,01{displaystyle P^{2}=0.01}. Así, la posibilidad de una detección falsa se reduce mediante la detección de coincidencias.