كمية

عتبة

قيمة دنيا للسطوع أو المدة التي فوقها تُعتبر الإشارة قابلة للكشف.
5 مقالات ذات صلة

الوصف

في كشف الإشارات والفيزياء التجريبية، العتبة هي القيمة الدنيا لكمية فيزيائية، مثل السطوع أو الطاقة أو المدة، التي فوقها تُعتبر الإشارة حقيقية ويمكن تمييزها عن الضوضاء. وتحت هذه القيمة، تكون الإشارة إما غير قابلة للكشف أو ضعيفة جدًا بحيث لا يمكن فصلها بشكل موثوق عن التقلبات الخلفية. وتُعد العتبات أساسية في تصميم الكواشف، من الثنائيات الضوئية البسيطة إلى كواشف الجسيمات المعقدة في المصادمات.

كيف يعمل

تُحدد العتبة بناءً على الخصائص الإحصائية للضوضاء والإشارة المتوقعة. على سبيل المثال، في عداد الفوتونات، قد تكون العتبة مستوى جهد يجب تجاوزه لتسجيل عدّة. إذا كانت العتبة منخفضة جدًا، تسود النتائج الإيجابية الخاطئة الناتجة عن الضوضاء؛ وإذا كانت مرتفعة جدًا، تُفقد الإشارات الضعيفة الحقيقية. وتوازن العتبة المثلى بين هذين الخطأين، غالبًا باستخدام معايير مثل نسبة الإشارة إلى الضوضاء أو معيار نيمان-بيرسون.

في التطبيق

تُستخدم العتبات في كل نظام كاشف رقمي، بما في ذلك الكاميرات وأجهزة مراقبة الإشعاع وتجارب فيزياء الجسيمات، لتحديد الأحداث التي يجب تسجيلها وتلك التي يجب تجاهلها باعتبارها ضوضاء.

مقالات ذات صلة · 5

بندولٌ يُحسّ بالجاذبية كموميًا
بندولٌ يزن بضع حبّات رملٍ يتأرجح على خيطٍ زجاجي رفيعٍ للغاية. حركاته ضعيفةٌ إلى حدّ أن ارتطامات جزيئات الهواء الحرارية تبدو كإعصارٍ. لكن هذا البندول بالذات هو المفتاح لرؤية العجائب الكمومية في عالم الأجسام الكبيرة. يعاني المعلّق العادي من ضجيجٍ بنيوي: فانزياحاتٌ مجهرية في مادة الخيط تولّد أزيزًا منخفض التردد يعكّر صفو الإنتروبيا الحرارية.
مقياس لوب: من صخرة بين النجوم إلى بصمة تقنية
يرصد علماء الفلك بين الحين والآخر أجسامًا بين نجمية — كتلًا صخرية أو نوى مذنبات قادمة من أنظمة نجمية أخرى. معظمها يبدو عاديًا، لكن بعضها يثير الحيرة بشكلها غير المعتاد أو سرعتها الشاذة أو لمعانها المتغير. ولتجنب الاعتماد على الحدس، أدخل الباحثون مقياس لوب — وهو نظام تدريجي من 0 إلى 5، حيث يعني 0 «صخرة عادية» و5 «إشارة تقنية»، أي إشارة من صنع كائنات خارج الأرض.
كيف نسمع أضعف إشارة
المستشعر الذي يبحث عن جسيمات نادرة يشبه أذنًا تحاول التقاط همس في غرفة صاخبة. كلما كانت الإشارة أضعف، زادت صعوبة تمييزها عن الضوضاء العشوائية. في تجربة NUCLEUS، تُبرَّد هذه المستشعرات — وهي مسعّرات حرارية (calorimeters) — إلى ما يقارب الصفر المطلق، لتتمكن من رصد حتى نبضة حرارة خافتة من جسيم واحد. لتحسين سمع الجهاز، استخدم العلماء أسلوبين.
كيفية ضبط كاشف السيليكون لعدّ الجسيمات بدقة
في مسرّع الجسيمات، تتحطم النوى إلى شظايا، مثلما ينكسر فنجان خزفي عند سقوطه. تمر كل شظية عبر ألواح السيليكون، التي تسجّل الاصطدام وقوته. ولكن للتمييز بين الإشارة الحقيقية والضوضاء العشوائية، يجب ضبط عتبة: أي قراءة أقل منها تُعتبر تداخلًا. تستخدم تجربة FOOT ستة ألواح سيليكون بسماكة 150 ميكرومترًا، مكدسة في ثلاث طبقات.
التقاط الصدمات الضعيفة: خدعة كمومية بمصيدة قافزة
حبة غبار زجاجية تطفو في شعاع ليزر. تدفعها جزيئات الهواء والفوتونات وحتى جاذبية الأرض، ومن اهتزازها يمكن معرفة ما الذي دفعها بالضبط. لكن لأي قياس حد: فالضوضاء الذاتية للجسيم تمنع رؤية إشارة ضعيفة. القياس الكمومي يضع هذا الحد، لكن يمكن التحايل عليه. يقترح المؤلفون ضغط اهتزاز الجسيم، مثل ضغط بالون: في اتجاه يصبح أضيق، وفي اتجاه آخر يصبح أعرض.