靶恩(英语:Barn,符号为b,也可简称为靶)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,现在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),大约为一个铀原子核的截面面积。靶恩也在核四极共振和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(节和巴是其他可接受有限使用的非国际单位制单位)。[2]
词源
靶恩来源于二次世界大战对原子弹的研究中,普渡大学的美国物理学家[谁?]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
单位 | 符号 | m2 | cm2 |
---|---|---|---|
百万靶 | Mb | 10−22 | 10−18 |
千靶 | kb | 10−25 | 10−21 |
靶 | 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
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
使用国际单位制时,单位也可以写作平方飞米(fm²)。
1 pm² = 10 kb |
1 fm² = 10 mb |
1 am² = 10 nb |
1 zm² = 10 fb |
1 ym² = 10 zb |
逆飞靶
“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。
在粒子加速器中,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,超环面仪器和紧凑缈子线圈,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]
- 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
参考资料
- ↑ Chapter 4.1: Non-SI units accepted for use with the SI, and units based on fundamental constants. SI brochure (8th edition). BIPM. 2006-05 [2009-03-13].
- ↑ Table 8. Other non-SI units. SI brochure (8th edition). BIPM. 2006-05 [2009-03-13].
- ↑ The Big Apple: "Can’t hit the broad side of a barn" (baseball saying). 2014-08-11.
- ↑ Mike Perricone. Signal to Background. Symmetry Magazine. 2006-02, 3 (1): 4 [2009-03-13].
- ↑ Doreen Wackeroth, Leila Belkora (ed.). Cross Section (PDF). High Energy Physics Made Painless. Fermilab Science Education Office. [2009-03-13].
- ↑ Nuclear Glossary. Nuclear Glossary. 2004-05-27 [2011-04-08].
- ↑ Kate Metropolis. Understanding luminosity through 'barn', a unit that helps physicists count particle events. Stanford News Service. 2004-07-21 [2009-03-13].
- ↑ Mason Inman, Emily Ball. PEP-II's luminous life. SLAC. 2004-04-16 [2009-03-13].
- ↑ 10 Inverse Femtobarns: Celebration Time At Fermilab!. Science20.com. 2010-12-12 [2011-04-08].
- ↑ What will we do with all this data?. Pauline Gagnon, Quantum Diaries. 2011-10-17.
- ↑ CDF, DZero reach 5 inverse femtobarns of luminosity. Fermilab Today. 2008-09-26 [2011-07-23].
- ↑ LHC experiments reach record data milestone. Symmetry magazine. 2011-06-17 [2011-07-23].
- ↑ LHC Report: 2 inverse femtobarns!. CERN Bulletin. 2011-08-05 [2011-08-06].
- ↑ LHC proton run for 2011 reaches successful conclusion. CERN Press Office. 2011-10-31 [2011-10-31].