Амбар (символ: b ) — метрическая единица площади , равная10−28 м2 (100 фм2 ) . Первоначально использовавшаяся в ядерной физике для выражения площади поперечного сечения ядер и ядерных реакций , сегодня она также используется во всех областях физики высоких энергий для выражения сечений любого процесса рассеяния и лучше всего понимается как мера вероятности взаимодействия между малыми частицами. Барн приблизительно равен площади поперечного сечения ядра урана . Барн также является единицей площади, используемой в ядерном квадрупольном резонансе и ядерном магнитном резонансе для количественной оценки взаимодействия ядра с градиентом электрического поля . Хотя барн никогда не был единицей СИ , орган по стандартизации СИ признал ее в 8-й брошюре СИ (замененной в 2019 году) из-за ее использования в физике элементарных частиц . [1]
Во время исследований Манхэттенского проекта по атомной бомбе во время Второй мировой войны американские физики Маршалл Холлоуэй и Чарльз П. Бейкер работали в Университете Пердью над проектом, в котором использовался ускоритель частиц для измерения сечений некоторых ядерных реакций. Согласно их отчету, составленному пару лет спустя, в декабре 1942 года они обедали в кафе и обсуждали свою работу. Они «посетовали», что не существует названия для единицы поперечного сечения, и поставили перед собой задачу разработать его. Сначала они пытались найти имя «какого-то великого человека, тесно связанного с этой областью», в честь которого они могли бы назвать единицу, но не смогли найти подходящее. Они посчитали « Оппенгеймер » слишком длинным (оглядываясь назад, они посчитали, что «Оппи», возможно, было бы допустимо), и посчитали, что « Бете » слишком легко спутать с общеупотребительной греческой буквой бета . Затем они решили назвать его в честь Джона Мэнли , другого ученого, связанного с их работой, но посчитали, что «Мэнли» слишком длинное, а «Джон» слишком тесно связано с туалетами . Но эта последняя ассоциация в сочетании с «сельским прошлым» одного из ученых подсказала им термин « амбар », который также сработал, потому что блок был «действительно таким же большим, как амбар». По словам авторов, первое опубликованное использование термина было в (секретном) отчете Лос-Аламоса от конца июня 1943 года, в котором оба автора были соавторами. [2]
Символ единицы измерения для барна (б) также является стандартным символом IEEE для бита . Другими словами, 1 Мб может означать один мегабарн или один мегабит.
Рассчитанные сечения часто выражаются в обратных квадратах гигаэлектронвольт ( ГэВ −2 ) с помощью 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 СИ можно использовать такие единицы, как квадратные фемтометры (фм 2 ). Наиболее распространенной единицей СИ с префиксом для барна является фемтобарн, который равен одной десятой квадратного зептометра. Во многих научных работах, посвященных физике высоких энергий, упоминаются величины долей уровня фемтобарна.
Обратный фемтобарн (фб −1 ) — это единица, которая обычно используется для измерения числа событий столкновения частиц на фемтобарн поперечного сечения мишени , и является общепринятой единицей для интегрированной по времени светимости . Таким образом, если детектор накопил100 фб −1 интегрированной светимости, можно ожидать найти 100 событий на фемтобарн поперечного сечения в этих данных.
Рассмотрим ускоритель частиц , в котором два потока частиц с поперечными сечениями, измеряемыми в фемтобарнах, направлены на столкновение в течение некоторого периода времени. Общее количество столкновений будет прямо пропорционально светимости столкновений, измеренной за это время. Поэтому количество столкновений можно рассчитать, умножив интегрированную светимость на сумму поперечного сечения для этих процессов столкновений. Затем это количество выражается как обратные фемтобарны за период времени (например, 100 фб −1 за девять месяцев). Обратные фемтобарны часто цитируются как показатель производительности коллайдера частиц . [6] [7]
Фермилаб произведено10 фб −1 в первом десятилетии 21-го века. [8] Теватрону Фермилаба потребовалось около 4 лет, чтобы достичь1 фб −1 в 2005 году, в то время как два эксперимента ЦЕРНа на БАК , ATLAS и CMS , достигли более5 фб −1 данных о протон-протонах только в 2011 году. [9] [10] [11] [12] [13] [14] В апреле 2012 года LHC достиг энергии столкновения8 ТэВ с пиком светимости 6760 обратных микробарнов в секунду; к маю 2012 года LHC поставлял 1 обратный фемтобарн данных в неделю для каждого детекторного сотрудничества. Рекорд более 23 фб −1 был достигнут в течение 2012 года. [15] По состоянию на ноябрь 2016 года LHC достиг40 фб −1 за этот год, что значительно превышает заявленную цель25 фб −1 . [16] В общей сложности второй запуск LHC дал около150 фб −1 для ATLAS и CMS в 2015–2018 гг. [17]
В качестве упрощенного примера, если канал луча работает в течение 8 часов (28 800 секунд) с мгновенной светимостью300 × 10 30 см −2 ⋅с −1 =300 мкб −1 ⋅с −1 , затем он соберет данные, составляющие суммарную интегральную светимость8 640 000 мкб −1 =8,64 пб −1 =0,008 64 фб −1 за этот период. Если это умножить на сечение, то получится безразмерное число, равное числу ожидаемых событий рассеяния.