Сарай (обозначение: b ) — это метрическая единица площади , равная10–28 м 2 (100 фм 2 ) . Первоначально использовавшийся в ядерной физике для выражения площади поперечного сечения ядер и ядерных реакций , сегодня он также используется во всех областях физики высоких энергий для выражения сечений любого процесса рассеяния и лучше всего понимается как мера вероятности взаимодействия между мелкими частицами. Амбар примерно равен площади поперечного сечения ядра урана . Сарай также является единицей площади, используемой в ядерном квадрупольном резонансе и ядерном магнитном резонансе для количественной оценки взаимодействия ядра с градиентом электрического поля . Хотя сарай никогда не был единицей СИ , орган по стандартизации СИ признал это в 8-й брошюре СИ (замененной в 2019 году) из-за его использования в физике элементарных частиц . [1]
Во время исследований атомной бомбы в Манхэттенском проекте во время Второй мировой войны американским физикам из Университета Пердью требовалось секретное название для единицы, с помощью которой можно было бы количественно определить площадь поперечного сечения типичного ядра (~10 -28 м 2 ), и они решили: « сарай ». Они считали это большой мишенью для ускорителей частиц, которые должны были наносить прямые удары по ядрам, а инициаторы, физики Маршалл Холлоуэй и Ричард Бейкер, заявили, что константа «для ядерных целей действительно была такой же большой, как сарай». [2] Американская идиома «не смог попасть в сарай по широкой стороне» относится к тому, у кого очень плохая цель. [3] Первоначально они надеялись, что название закроет любые ссылки на изучение структуры ядра; со временем это слово стало стандартной единицей в ядерной физике и физике элементарных частиц. [4] [5]
Символ единицы измерения сарая (b) также является стандартным символом IEEE для бита . Другими словами, 1 Мб может означать один мегабарн или один мегабит.
Расчетные сечения часто выражаются в обратных квадратах гигаэлектронвольт ( ГэВ −2 ) путем преобразования ħ 2 c 2 / ГэВ 2 =0,3894 МБ =38 940 утра 2 .
В натуральных единицах (где ħ = c = 1) это упрощается до ГэВ −2 =0,3894 МБ =38 940 утра 2 .
В системе СИ можно использовать такие единицы, как квадратные фемтометры (фм 2 ). Наиболее распространенной единицей измерения амбара с префиксом СИ является фемтобарн, равный десятой доли квадратного зептометра. Во многих научных работах, посвященных физике высоких энергий, упоминаются количества долей фемтобарнного уровня.
Обратный фемтобарн (fb -1 ) — это единица измерения, обычно используемая для измерения количества событий столкновений частиц на фемтобарн поперечного сечения цели , а также общепринятая единица измерения интегрированной во времени светимости . Таким образом, если детектор накопил100 фб -1 интегральной светимости, в этих данных можно ожидать найти 100 событий на фемтобарн поперечного сечения.
Рассмотрим ускоритель частиц , в котором два потока частиц с площадью поперечного сечения, измеряемой в фемтобарнах, направлены на столкновение в течение определенного периода времени. Общее количество столкновений будет прямо пропорционально светимости столкновений, измеренной за это время. Следовательно, количество столкновений можно рассчитать, умножив интегральную светимость на сумму поперечных сечений этих процессов столкновений. Затем это количество выражается в обратных фемтобарнах за период времени (например, 100 фб -1 за девять месяцев). Обратные фемтобарны часто называют показателем производительности коллайдера частиц . [9] [10]
Фермилаб произвел10 фб -1 в первом десятилетии XXI века. [11] Чтобы достичь Тэватрона Фермилаба, потребовалось около 4 лет.1 фб -1 в 2005 году, а два эксперимента CERN на LHC , ATLAS и CMS , достигли более5 фб -1 протон-протонных данных только за 2011 г. [12] [13] [14] [15] [16] [17] В апреле 2012 года БАК достиг энергии столкновения8 ТэВ с пиком светимости 6760 обратных микробарн в секунду; к маю 2012 года БАК доставлял по 1 обратному фемтобарну данных в неделю каждой коллаборации детекторов. В 2012 году был достигнут рекорд более 23 фб -1. [18] По состоянию на ноябрь 2016 года БАК достиг40 фб -1 за этот год, что значительно превышает заявленную цель25 фб -1 . [19] В общей сложности второй запуск БАК принес около150 фб -1 как для ATLAS, так и для CMS в 2015–2018 гг. [20]
В качестве упрощенного примера, если луч работает в течение 8 часов (28 800 секунд) при мгновенной светимости300 × 10 30 см −2 ⋅с −1 =300 мкб −1 ⋅s −1 , то он соберет данные, общая интегральная светимость которых равна8 640 000 мкб −1 =8,64 пб -1 =0,00864 фб - 1 за этот период. Если это умножить на сечение, то получится безразмерное число, равное числу ожидаемых актов рассеяния.