靶恩

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靶恩(符號為b,也簡稱為)是一種面積單位,原先用於核物理中描述原子核及核反應的截面,今天則用於所有高能物理學領域中描述任何散射過程的截面,並通常能代表細小粒子發生相互作用的機率。一個靶恩的定義為10−28 m2(100 fm2),大約為一個原子核的截面面積。靶恩也在核四極共振核磁共振中用作面積單位,量化核子與電場斜率之間的交互作用。雖然靶恩並不是國際單位制單位,但由於長期使用於粒子物理學而被承認。[1]它是國際單位制所接受的少數單位之一,也是最近期被承認的(是其他可接受有限使用的非國際單位制單位)。[2]

詞源[编辑]

靶恩(barn)的來源有個有趣的故事。在戰時對原子彈的研究中,位於普渡大學的美國物理學家在把中子撞擊鈾原子核時,說鈾原子核「大得像個糧倉(barn)」。計劃裡的物理學家採用了該名,定義為10−24平方厘米,約為鈾原子核般大。最初他們希望這源自美國俚語的名稱能掩飾他們對核子結構的研究,但最後該單位成為了粒子物理學中的標準單位。[3][4]

常用詞頭[编辑]

靶恩與國際單位制單位的轉換
單位 符號 m2 cm2
百萬靶 Mb 10−22 10−18
千靶 kb 10−25 10−21
b 10−28 10−24
毫靶 mb 10−31 10−27
微靶 μb 10−34 10−30
納靶 nb 10−37 10−33
皮靶 pb 10−40 10−36
飛靶 fb 10−43 10−39
阿靶 ab 10−46 10−42
仄靶 zb 10−49 10−45
么靶 yb 10−52 10−48

單位轉換[编辑]

計算出的截面通常以ħ2c2/GeV2表示(約0.3894 mb)。

帶詞頭的國際單位制單位[编辑]

使用國際單位制時,單位也可以寫作平方飛米(fm²)。

靶恩與平方國際單位制單位的轉換
1 pm² = 10 kb
1 fm² = 10 mb
1 am² = 10 nb
1 zm² = 10 fb
1 ym² = 10 zb

逆飛靶[编辑]

逆飛靶」(fb−1)是用來量度目標截面上每飛靶面積中的粒子撞擊事件總數,並且是光度的時間積分的標準單位。

粒子加速器中,兩束粒子在一段時間內互相撞擊,離子束的截面面積單位為飛靶。總共的撞擊數與這段時間內撞擊的光度呈正比。因此,要計算撞擊數,能夠取光度的時間積分,並乘以這些撞擊事件的截面面積之和。此數單位為逆飛靶,並指定時間段(如:九個月內100 fb−1)。逆飛靶常常用來表示粒子撞擊器的生產率。[5][6]

費米實驗室在21世紀第一個十年內製造了10 fb−1[7]費米實驗室的兆電子伏特加速器用了4年,在2005年達到了1 fb−1產量;歐洲核子研究中心大型強子對撞機的兩項實驗,超環面儀器緊湊緲子線圈,單單在2011年一年內達到了5 fb-1的質子-質子數據。[8][9][10][11][12][13]

用例

用一個簡單的例子,如一條粒子束線在瞬時光度為300 × 1030 cm−2s−1 = 300 μb−1s−1下運行8個小時(28,800秒),那所採集的數據在這段時間內的總量就會是8,640,000 μb−1 = 8.64 pb−1 = 0.00864 fb−1

參見[编辑]

參考資料[编辑]

  1. ^ Chapter 4.1: Non-SI units accepted for use with the SI, and units based on fundamental constants. SI brochure (8th edition). BIPM. May 2006 [2009-03-13]. 
  2. ^ Table 8. Other non-SI units. SI brochure (8th edition). BIPM. May 2006 [2009-03-13]. 
  3. ^ Mike Perricone. Signal to Background. Symmetry Magazine. February 2006, 3 (1): 4 [2009-03-13]. 
  4. ^ Doreen Wackeroth, Leila Belkora (ed.). Cross Section. High Energy Physics Made Painless. Fermilab Science Education Office. [2009-03-13]. 
  5. ^ Kate Metropolis. Understanding luminosity through 'barn', a unit that helps physicists count particle events. Stanford News Service. July 21, 2004 [2009-03-13]. 
  6. ^ Mason Inman, Emily Ball. PEP-II's luminous life. SLAC. April 16, 2004 [2009-03-13]. 
  7. ^ 10 Inverse Femtobarns: Celebration Time At Fermilab!. Science20.com. December 12, 2010 [2011-04-08]. 
  8. ^ What will we do with all this data?. Pauline Gagnon, Quantum Diaries. October 17, 2011. 
  9. ^ CDF, DZero reach 5 inverse femtobarns of luminosity. Fermilab Today. September 26, 2008 [2011-07-23]. 
  10. ^ LHC experiments reach record data milestone. Symmetry magazine. June 17, 2011 [2011-07-23]. 
  11. ^ Thanks to recent fine tuning, the LHC has delivered 2 inverse femtobarns of data already this year; peak luminosity is now over 2x10^33.. CERN. August 5, 2011 [2011-08-05]. 
  12. ^ LHC Report: 2 inverse femtobarns!. CERN Bulletin. 2011-08-05 [2011-08-06]. 
  13. ^ LHC proton run for 2011 reaches successful conclusion. CERN Press Office. 2011-10-31 [2011-10-31]. 

外部鏈接[编辑]