靶恩
靶恩(英語:Barn,符號為b,也可簡稱為靶)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,現在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),大約為一個鈾原子核的截面面積。靶恩也在核四極共振和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(節和巴是其他可接受有限使用的非國際單位制單位)。[2]
詞源
編輯靶恩來源於二次世界大戰對原子彈的研究中,普渡大學的美國物理學家[誰?]在研究把中子撞擊原子核時,需要一個表示原子核大致橫截面積(10−28 m2)的單位。美國有句俚語叫做「準頭差得打不中糧倉(英語:barn)」,[3]而原子核對於加速器來說算是個挺大的目標,因此曼哈頓計劃裡的物理學家就採用了「barn」這個單位名。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。[4][5]
常用詞頭
編輯單位 | 符號 | m2 | cm2 |
---|---|---|---|
百萬靶 | 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 |
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 |
麼靶 | yb | 10−52 | 10−48 |
除了這些標準前綴之外,還有outhouse(意為「茅房」,1 μb = 10−34 m2)、shed(意為「棚子」,10−24 b (1 yb) = 10−52 m2)兩個不常用的單位別名。[6]
單位轉換
編輯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
編輯使用國際單位制時,單位也可以寫作平方飛米(fm²)。
1 pm² = 10 kb |
1 fm² = 10 mb |
1 am² = 10 nb |
1 zm² = 10 fb |
1 ym² = 10 zb |
逆飛靶
編輯「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。
在粒子加速器中,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。[7][8]
費米實驗室在21世紀第一個十年內製造了10 fb−1。[9]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,超環面儀器和緊湊緲子線圈,單單在2011年一年內達到了5 fb-1的質子-質子數據。[10][11][12][13][14][15]
- 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
編輯參考資料
編輯- ^ 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]. (原始內容存檔於2008-07-25).
- ^ Table 8. Other non-SI units. SI brochure (8th edition). BIPM. May 2006 [2009-03-13]. (原始內容存檔於2008-08-21).
- ^ The Big Apple: "Can’t hit the broad side of a barn" (baseball saying). August 11, 2014 [2017-10-15]. (原始內容存檔於2021-05-13).
- ^ Mike Perricone. Signal to Background. Symmetry Magazine. February 2006, 3 (1): 4 [2009-03-13]. (原始內容存檔於2009-02-16).
- ^ Doreen Wackeroth, Leila Belkora (ed.). Cross Section (PDF). High Energy Physics Made Painless. Fermilab Science Education Office. [2009-03-13]. (原始內容存檔 (PDF)於2021-02-03).
- ^ Nuclear Glossary. Nuclear Glossary. 2004-05-27 [2011-04-08]. (原始內容存檔於2017-05-17).
- ^ Kate Metropolis. Understanding luminosity through 'barn', a unit that helps physicists count particle events. Stanford News Service. July 21, 2004 [2009-03-13]. (原始內容存檔於2009-05-10).
- ^ Mason Inman, Emily Ball. PEP-II's luminous life. SLAC. April 16, 2004 [2009-03-13]. (原始內容存檔於2009年6月2日).
- ^ 10 Inverse Femtobarns: Celebration Time At Fermilab!. Science20.com. December 12, 2010 [2011-04-08]. (原始內容存檔於2020-08-14).
- ^ What will we do with all this data?. Pauline Gagnon, Quantum Diaries. October 17, 2011 [2012-05-28]. (原始內容存檔於2020-11-24).
- ^ CDF, DZero reach 5 inverse femtobarns of luminosity. Fermilab Today. September 26, 2008 [2011-07-23]. (原始內容存檔於2012-10-10).
- ^ LHC experiments reach record data milestone. Symmetry magazine. June 17, 2011 [2011-07-23]. (原始內容存檔於2020-11-11).
- ^ 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]. (原始內容存檔於2018-01-26).
- ^ LHC Report: 2 inverse femtobarns!. CERN Bulletin. 2011-08-05 [2011-08-06]. (原始內容存檔於2021-09-22).
- ^ LHC proton run for 2011 reaches successful conclusion. CERN Press Office. 2011-10-31 [2011-10-31]. (原始內容存檔於2016-09-13).