Stodoła (jednostka) - Barn (unit)

Stodoła
System jednostkowy Fizyka cząsteczek
Jednostką powierzchnia
Symbol b
Nazwany po szeroka strona stodoły
Konwersje
1 b w ... ... jest równe ...
   Jednostki podstawowe SI    10 −28  m 2
   niestandardowe    100  fm 2
   jednostki naturalne    2,568 19 × 10 -3  MeV -2

Barn (symbol: b ) jest metryką urządzenie z powierzchni równej10 -28  m 2 (100  fm 2 ). Pierwotnie w fizyce atomowej do ekspresji przekrój obszaru jąder i reakcji jądrowych , dziś również stosowane we wszystkich dziedzinach jak fizyka cząstek wyrażania przekroje dowolnego sposobu rozpraszania i jest najlepiej rozumiany jako miara prawdopodobieństwa interakcji między małymi cząstkami. Stodoła to w przybliżeniu pole przekroju poprzecznego jądra uranu . Stodoła jest również jednostką powierzchni stosowaną w jądrowym rezonansie kwadrupolowym i jądrowym rezonansie magnetycznym do ilościowego określenia oddziaływania jądra z gradientem pola elektrycznego . Chociaż stodoła nigdy nie była jednostką SI , organ normalizacyjny SI uznał ją w 8. broszurze SI (zastąpionej w 2019 r.) ze względu na jej zastosowanie w fizyce cząstek elementarnych .

Etymologia

Podczas badań nad bombą atomową podczas II wojny światowej w ramach Projektu Manhattan amerykańscy fizycy z Purdue University potrzebowali tajnej jednostki do opisania przybliżonego pola przekroju poprzecznego prezentowanego przez typowe jądro (10 −28  m 2 ) i zdecydowali się na „ stodołę ”. Uważali, że jest to duży cel dla akceleratorów cząstek, które muszą uderzać bezpośrednio w jądra, a amerykański idiom „ nie mógł trafić w szeroką ścianę stodoły ” odnosi się do kogoś, kto ma bardzo zły cel. Początkowo mieli nadzieję, że nazwa ta przesłoni wszelkie odniesienia do badania struktury jądrowej; ostatecznie słowo to stało się standardową jednostką w fizyce jądrowej i cząstek elementarnych.

Powszechnie używane wersje z prefiksem

Wielokrotności i podwielokrotności
Jednostka Symbol m 2 cm 2
megabarna Mb 10 −22 10 -18
kilobarn kb 10 -25 10 -21
stodoła b 10 −28 10 -24
milibarna mb 10 −31 10 −27
mikrostodoła μb 10 −34 10 -30
nanobarn nb 10 −37 10 −33
pikobarna pb 10 -40 10 −36
femtobarna pełne wyżywienie 10 −43 10 −39
Attobarn ab 10 −46 10 −42
zeptobarna zb 10 −49 10 −45
yoctobarn yb 10 −52 10 −48

Inne pokrewne urządzenia są przybudówka (1 μb lub 10 -34  m 2 ) i przesmyk (10 -24  B (1 Yb) lub 10 -52  m 2 ), ale są one rzadko stosowane w praktyce.

Konwersje

Obliczone przekroje są często podawane w gigaelektronowoltach ( GeV ), poprzez przeliczenie ħ 2 c 2 / GeV 2 =0,3894 mb =38 940  rano 2 .

W jednostkach naturalnych (gdzie ħ = c = 1) upraszcza się do GeV -2 =0,3894 mb =38 940  rano 2 .

stodoła GeV -2
1 MB 2.568 19  GeV -2
1 pb 2,568 19 × 10 -9  GeV -2
0,389379 mb 1 GeV -2
0,389379 pb 1 × 10 -9  GeV -2

Jednostki SI z prefiksem

W SI można używać jednostek takich jak femtometr kwadratowy (fm 2 ).

Konwersja z jednostek SI
13:00 2 = 10 kb
1 fm 2 = 10 MB
1 w nocy 2 = 10 nb
1 zm 2 = 10 fb
1 r 2 = 10 zb

Odwrotny femtobarn

Odwrotna femtobarna (fb- 1 ) jest jednostką zwykle używaną do pomiaru liczby zderzeń cząstek na femtobarnę o docelowym przekroju i jest konwencjonalną jednostką dla jasności zintegrowanej w czasie . Tak więc, jeśli detektor się nagromadził100 fb -1 jasności zintegrowanej, oczekuje się znalezienia 100 zdarzeń na femtobarnę przekroju w tych danych.

Rozważmy akcelerator cząstek, w którym dwa strumienie cząstek o polach przekroju mierzonych w femtobarnach są kierowane do zderzenia przez pewien okres czasu. Całkowita liczba kolizji będzie wprost proporcjonalna do jasności kolizji mierzonej w tym czasie. Dlatego liczbę kolizji można obliczyć, mnożąc całkowitą jasność przez sumę przekroju dla tych procesów kolizji. Ta liczba jest następnie wyrażana jako odwrotność femtobarn dla okresu czasu (np. 100 fb -1 w ciągu dziewięciu miesięcy). Odwrotne femtobarny są często cytowane jako wskaźnik wydajności zderzacza cząstek .

Wyprodukowano Fermilab10 fb- 1 w pierwszej dekadzie XXI wieku. Dotarcie do Tevatronu firmy Fermilab zajęło około 4 lat1 fb -1 w 2005 roku, podczas gdy dwóch z CERN „s LHC eksperymentach ATLAS i CMS , wyciągnął rękę5 fb -1 danych proton-proton tylko w 2011 roku. W kwietniu 2012 LHC osiągnął energię zderzenia8 TeV ze szczytem jasności 6760 odwróconych mikrobarnów na sekundę; do maja 2012 r. LHC dostarczało 1 odwrotną femtobarnę danych tygodniowo do każdego współpracującego detektora. W 2012 r. osiągnięto rekord ponad 23 fb- 1 . Od listopada 2016 r. LHC osiągnął40 fb -1 w ciągu tego roku, znacznie przekraczając wyznaczony cel25 fb- 1 . W sumie drugi przebieg LHC dostarczył około150 fb -1 do ATLAS i CMS w latach 2015-2018.

Przykład użycia

Jako uproszczony przykład, jeśli linia kontrolna działa przez 8 godzin (28 800 sekund) przy chwilowej jasności300 × 10 30  cm -2 ⋅s -1  =300 μb -1 ⋅s -1 , wtedy zbierze dane o łącznej jasności8 640 000  μb -1  =8,64 pb -1  =0,008 64  fb -1 w tym okresie. Jeśli pomnożymy to przez przekrój, otrzymamy liczbę bezwymiarową, która będzie po prostu liczbą oczekiwanych zdarzeń rozpraszania.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki