Scheune (Einheit) - Barn (unit)

Scheune
Einheitssystem Teilchenphysik
Einheit von Bereich
Symbol B
Benannt nach die breite Seite einer Scheune
Konvertierungen
1 b in ... ... ist gleich ...
   SI-Basiseinheiten    10 -28  m 2
   nicht standard    100  fm 2
   natürliche Einheiten    2.568 19 × 10 −3  MeV −2

A barn (Symbol: b ) eine metrische Einheit der Fläche gleich zu10 –28  m 2 (100  fm 2 ). Ursprünglich in der Kernphysik verwendet, um die Querschnittsfläche von Kernen und Kernreaktionen auszudrücken , wird es heute auch in allen Bereichen der Hochenergiephysik verwendet , um die Wirkungsquerschnitte von Streuprozessen auszudrücken , und ist am besten als Maß für die Wahrscheinlichkeit zu verstehen Wechselwirkung zwischen kleinen Teilchen. Eine Scheune ist ungefähr die Querschnittsfläche eines Urankerns . Die Scheune ist auch die Flächeneinheit, die in der Kernquadrupolresonanz und Kernmagnetresonanz verwendet wird , um die Wechselwirkung eines Kerns mit einem elektrischen Feldgradienten zu quantifizieren . Obwohl der Stall nie eine SI- Einheit war, hat ihn das SI-Normengremium in der 8. SI-Broschüre (ersetzt 2019) aufgrund seiner Verwendung in der Teilchenphysik anerkannt .

Etymologie

Während der Forschungen des Manhattan-Projekts zur Atombombe während des Zweiten Weltkriegs benötigten amerikanische Physiker der Purdue University eine geheime Einheit, um die ungefähre Querschnittsfläche des typischen Kerns ( 10–28  m 2 ) zu beschreiben, und entschieden sich für „ Scheune “. Sie hielten dies für ein großes Ziel für Teilchenbeschleuniger, die direkt auf Kerne treffen mussten , und das amerikanische Idiom " konnte die breite Seite einer Scheune nicht treffen " bezieht sich auf jemanden, dessen Ziel sehr schlecht ist. Anfangs hofften sie, dass der Name jeden Hinweis auf das Studium der Kernstruktur verschleiern würde; schließlich wurde das Wort zu einer Standardeinheit in der Kern- und Teilchenphysik.

Häufig verwendete Versionen mit Präfix

Vielfache und Teilmengen
Einheit Symbol m 2 cm 2
Megascheune MB 10 −22 10 -18
Kilobarn kb 10 -25 10 −21
Scheune B 10 −28 10 −24
Millibarn mb 10 −31 10 -27
Mikroscheune μb 10 −34 10 -30
Nanobarn nb 10 −37 10 −33
picobarn pb 10 -40 10 −36
Femtobarne fb 10 −43 10 −39
attobarn ab 10 -46 10 -42
zeptobarn Zum Beispiel 10 -49 10 -45
yoctobarn yb 10 −52 10 -48

Andere verwandte Einheiten sind das Nebengebäude (1 μb oder 10 −34  m 2 ) und der Schuppen (10 −24  b (1 yb) oder 10 −52  m 2 ), obwohl diese in der Praxis selten verwendet werden.

Konvertierungen

Berechnete Wirkungsquerschnitte werden oft in Gigaelektronenvolt ( GeV ) angegeben, über die Umrechnung ħ 2 c 2 / GeV 2 =0,3894 mb =38 940  Uhr 2 .

In natürlichen Einheiten (mit ħ = c = 1) vereinfacht sich dies zu GeV −2 =0,3894 mb =38 940  Uhr 2 .

Scheune 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

SI-Einheiten mit Präfix

In SI kann man Einheiten wie quadratische Femtometer (fm 2 ) verwenden.

Umrechnung von SI-Einheiten
13 Uhr 2 = 10 kb
1 FM 2 = 10 mb
1 Uhr 2 = 10 nb
1 zm 2 = 10 fb
1 ym 2 = 10 zb

Inverse Femtobarne

Die inverse femtobarn (fb -1 ) ist die Einheit typischerweise verwendet , um die Anzahl der messen Partikelkollisionsereignisse pro femtobarn des Zielquerschnittes , und ist die herkömmliche Einheit zur zeitintegrierten Leuchtkraft . Wenn sich also ein Detektor angesammelt hat100 fb −1 integrierter Leuchtkraft, erwartet man in diesen Daten 100 Ereignisse pro Femtobarn Querschnitt zu finden.

Stellen Sie sich einen Teilchenbeschleuniger vor, bei dem zwei Teilchenströme mit in Femtobarns gemessenen Querschnittsflächen über einen bestimmten Zeitraum zur Kollision gebracht werden. Die Gesamtzahl der Kollisionen ist direkt proportional zur über diese Zeit gemessenen Helligkeit der Kollisionen. Daher kann die Kollisionszahl berechnet werden, indem die integrierte Leuchtkraft mit der Summe des Querschnitts für diese Kollisionsprozesse multipliziert wird. Diese Zählung wird dann als inverse Femtobarns für den Zeitraum ausgedrückt (zB 100 fb –1 in neun Monaten). Inverse Femtobarns werden oft als Hinweis auf die Produktivität von Partikelbeschleunigern genannt .

Fermilab hergestellt10 fb −1 im ersten Jahrzehnt des 21. Jahrhunderts. Es dauerte etwa 4 Jahre, bis Fermilabs Tevatron erreicht wurde1 fb -1 im Jahr 2005, während zwei von CERN ‚s LHC Experimenten ATLAS und CMS , erreicht über5 fb −1 der Proton-Proton-Daten allein im Jahr 2011. Im April 2012 erreichte der LHC die Kollisionsenergie von8 TeV mit einem Leuchtkraftpeak von 6760 inversen Mikrobarns pro Sekunde; Bis Mai 2012 lieferte der LHC 1 inverses Femtobarn an Daten pro Woche an jede Detektorkollaboration. Im Jahr 2012 wurde ein Rekord von über 23 fb −1 erreicht. Im November 2016 hatte der LHC erreicht40 fb −1 in diesem Jahr, was das erklärte Ziel von deutlich übertrifft25 fb -1 . Insgesamt hat der zweite Lauf des LHC rund geliefert150 fb −1 sowohl an ATLAS als auch an CMS in den Jahren 2015–2018.

Anwendungsbeispiel

Als vereinfachtes Beispiel, wenn eine Strahllinie 8 Stunden (28 800 Sekunden) bei einer momentanen Helligkeit von300 × 10 30  cm −2 ⋅s −1  =300 μb −1 ⋅s −1 , dann sammelt es Daten mit einer Gesamthelligkeit von8 640 000  μb −1  =8,64 pb −1  =0,008 64  fb –1 während dieser Zeit. Multipliziert man diesen mit dem Querschnitt, so erhält man eine dimensionslose Zahl, die einfach die Zahl der erwarteten Streuereignisse wäre.

Siehe auch

Verweise

Externe Links