靶恩

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靶恩(符号为b,也简称为)是一种面积单位,原先用于核物理中描述原子核及核反应的截面,今天则用于所有高能物理学领域中描述任何散射过程的截面,并通常能代表细小粒子发生相互作用的机率。一个靶恩的定义为10−28 m2(100 fm2),大约为一个原子核的截面面积。靶恩也在核四极共振核磁共振中用作面积单位,量化核子与电场斜率之间的交互作用。虽然靶恩并不是国际单位制单位,但由于长期使用于粒子物理学而被承认。[1]它是国际单位制所接受的少数单位之一,也是最近期被承认的(是其他可接受有限使用的非国际单位制单位)。[2]

词源[编辑]

靶恩(barn)的来源有个有趣的故事。在战时对原子弹的研究中,位于普渡大学的美国物理学家在研究把中子撞击原子核时,需要一个表示原子核大致横截面积(10−28 m2)的单位。美国有句俚语叫做“准头差得打不中粮仓(英语:barn)”,[3]而原子核对于加速器来说算是个挺大的目标,因此曼哈顿计划里的物理学家就采用了“barn”这个单位名。最初他们希望这源自美国俚语的名称能掩饰他们对核子结构的研究,但最后该单位成为了粒子物理学中的标准单位。[4][5]

常用词头[编辑]

靶恩与国际单位制单位的转换
单位 符号 m2 cm2
百万靶 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
纳靶 nb 10−37 10−33
皮靶 pb 10−40 10−36
飞靶 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

除了这些标准前缀之外,还有outhouse(意为“茅房”,1 μb = 10−34 m2)、shed(意为“棚子”,10−24 b (1 yb) = 10−52 m2)两个不常用的单位别名。[6]

单位转换[编辑]

计算出的截面通常以ħ2c2/GeV2表示(约0.3894 mb)。

带词头的国际单位制单位[编辑]

使用国际单位制时,单位也可以写作平方飞米(fm²)。

靶恩与平方国际单位制单位的转换
1 pm² = 10 kb
1 fm² = 10 mb
1 am² = 10 nb
1 zm² = 10 fb
1 ym² = 10 zb

逆飞靶[编辑]

逆飞靶”(fb−1)是用来量度目标截面上每飞靶面积中的粒子撞击事件总数,并且是光度的时间积分的标准单位。

粒子加速器中,两束粒子在一段时间内互相撞击,离子束的截面面积单位为飞靶。总共的撞击数与这段时间内撞击的光度呈正比。因此,要计算撞击数,能够取光度的时间积分,并乘以这些撞击事件的截面面积之和。此数单位为逆飞靶,并指定时间段(如:九个月内100 fb−1)。逆飞靶常常用来表示粒子撞击器的生产率。[7][8]

费米实验室在21世纪第一个十年内制造了10 fb−1[9]费米实验室的兆电子伏特加速器用了4年,在2005年达到了1 fb−1产量;欧洲核子研究中心大型强子对撞机的两项实验,超环面仪器紧凑缈子线圈,单单在2011年一年内达到了5 fb-1的质子-质子数据。[10][11][12][13][14][15]

用例

用一个简单的例子,如一条粒子束线在瞬时光度为300 × 1030 cm−2s−1 = 300 μb−1s−1下运行8个小时(28,800秒),那所采集的数据在这段时间内的总量就会是8,640,000 μb−1 = 8.64 pb−1 = 0.00864 fb−1

参见[编辑]

参考资料[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]. (原始内容存档于2008-07-25). 
  2. ^ Table 8. Other non-SI units. SI brochure (8th edition). BIPM. May 2006 [2009-03-13]. (原始内容存档于2008-08-21). 
  3. ^ The Big Apple: "Can’t hit the broad side of a barn" (baseball saying). August 11, 2014. 
  4. ^ Mike Perricone. Signal to Background. Symmetry Magazine. February 2006, 3 (1): 4 [2009-03-13]. 
  5. ^ Doreen Wackeroth, Leila Belkora (ed.). Cross Section (PDF). High Energy Physics Made Painless. Fermilab Science Education Office. [2009-03-13]. 
  6. ^ Nuclear Glossary. Nuclear Glossary. 2004-05-27 [2011-04-08]. 
  7. ^ Kate Metropolis. Understanding luminosity through 'barn', a unit that helps physicists count particle events. Stanford News Service. July 21, 2004 [2009-03-13]. 
  8. ^ Mason Inman, Emily Ball. PEP-II's luminous life. SLAC. April 16, 2004 [2009-03-13]. 
  9. ^ 10 Inverse Femtobarns: Celebration Time At Fermilab!. Science20.com. December 12, 2010 [2011-04-08]. 
  10. ^ What will we do with all this data?. Pauline Gagnon, Quantum Diaries. October 17, 2011. 
  11. ^ CDF, DZero reach 5 inverse femtobarns of luminosity. Fermilab Today. September 26, 2008 [2011-07-23]. 
  12. ^ LHC experiments reach record data milestone. Symmetry magazine. June 17, 2011 [2011-07-23]. 
  13. ^ 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]. 
  14. ^ LHC Report: 2 inverse femtobarns!. CERN Bulletin. 2011-08-05 [2011-08-06]. 
  15. ^ LHC proton run for 2011 reaches successful conclusion. CERN Press Office. 2011-10-31 [2011-10-31]. 

外部链接[编辑]