Жоғары энергиялық физикадағы қима ауданының бірлігі – Барн
Barn (unit)
Жоғары энергиялық физикада қолданылатын аудан бірлігі – барн (b). Ядролық реакциялардың қимасын, бөлшектердің өзара әрекеттесу ықтималдығын өлшейді.≈100 fm².
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Жоғары энергиялық физикада көлденең қима ауданының өлшем бірлігі
Unit for cross sectional area used in high energy physics
Ашар (символ: b) – e=−28 (100 фм²) тең болатын ауданның метрикалық бірлігі. Алғаш рет ядролық физикада ядролар мен ядролық реакциялардың көлденең қимасын көрсету үшін қолданылған. Бүгінде ол жоғары энергиялық физиканың барлық салаларында кез келген шашырау процесінің көлденең қимасын көрсету үшін де пайдаланылады және бөлшектердің өзара әрекеттесу мүмкіндігінің өлшемі ретінде жақсы түсініледі. Ашар шамамен уран ядросының көлденең қимасының ауданына тең. Ашар сондай-ақ ядролық төртполюстік резонанс және ядролық магниттік резонанста ядроның электр өрісі градиентімен өзара әрекеттесуін сандық бағалау үшін қолданылатын аудан бірлігі болып табылады. Ашар ешқашан Халықаралық жүйе (СИ) бірлігі болмаған, бірақ Халықаралық жүйе стандарттары органы оны 8-ші СИ анықтамалығында (2019 жылы жаңартылды) бөлшектер физикасында қолданылуына байланысты мойындады.
A barn (symbol: b) is a metric unit of area equal to e=−28 (100 fm2). Originally used in nuclear physics for expressing the cross sectional area of nuclei and nuclear reactions, today it is also used in all fields of high energy physics to express the cross sections of any scattering process, and is best understood as a measure of the probability of interaction between small particles. A barn is approximately the cross sectional area of a uranium nucleus. The barn is also the unit of area used in nuclear quadrupole resonance and nuclear magnetic resonance to quantify the interaction of a nucleus with an electric field gradient. While the barn never was an SI unit, the SI standards body acknowledged it in the 8th SI Brochure (superseded in 2019) due to its use in particle physics.
Этимология
Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде Манхэттен жобасында атом бомбасын зерттеу кезінде американдық физиктер Маршалл Холлоуэй мен Чарльз П. Бейкер Пердью университетінде кейбір ядролық реакциялардың қималарын өлшеу үшін бөлшектер үдеуін қолдана отырып, жобада жұмыс істеп жатты. Бірнеше жылдан кейін олардың жазған есебіне сәйкес, олар 1942 жылдың желтоқсан айында кафетерийде тамақтанып, өздерінің жұмысын талқылап отырды. Олар қима өлшемінің атауы жоқ деп "өкініп", өздерін сынап, бірін жасауға бел буды. Олар бастапқыда "осы саламен тығыз байланысты бір үлкен ғалымның" есімін іздеуге тырысты, бірақ бірлікке лайықтысын табу үшін күресті. Олар "Оппенгеймерді" тым ұзақ деп санады (кейіннен қарап, олар "Оппиді" мүмкін рұқсат етілген деп ойлады) және "Бетеді" әдетте қолданылатын грек әрпі бетамен оңай шатастыруға болатынын санады. Олар оны өз жұмыстарына қатысқан тағы бір ғалым Джон Мэнлидің есімімен атауды қарастырды, бірақ "Мэнли" тым ұзақ және "Джон" дәретханалармен тығыз байланысты деп есептеді. Бірақ соңғы қауымдастық, бір ғалымның "ауылдық өсіп-өнген ортасымен" бірігіп, оларға "қора" (barn) деген терминді ұсынды, бұл да жұмыс істеді, өйткені бірлік "шынымен қорадай үлкен" болды. Авторлардың айтуынша, терминнің алғашқы жарияланған қолданылуы 1943 жылдың маусым айының соңында Лос-Аламос (құпия) баяндамасында болды, онда екі автор бірлесіп жазған.
During Manhattan Project research on the atomic bomb during World War II, American physicists Marshall Holloway and Charles P. Baker were working at Purdue University on a project using a particle accelerator to measure the cross sections of certain nuclear reactions. According to an account of theirs from a couple years later, they were dining in a cafeteria in December 1942 and discussing their work. They "lamented" that there was no name for the unit of cross section and challenged themselves to develop one. They initially tried to find the name of "some great man closely associated with the field" that they could name the unit after, but struggled to find one that was appropriate. They considered "Oppenheimer" too long (in retrospect, they considered an "Oppy" to perhaps have been allowable), and considered "Bethe" to be too easily confused with the commonly used Greek letter beta. They then considered naming it after John Manley, another scientist associated with their work, but considered "Manley" too long and "John" too closely associated with toilets. But this latter association, combined with the "rural background" of one of the scientists, suggested to them the term "barn", which also worked because the unit was "really as big as a barn." According to the authors, the first published use of the term was in a (secret) Los Alamos report from late June 1943, on which the two originators were co authors.
Қайта құрулар
Есептелген қималар көбінесе кері шаршы гигаэлектронвольт (GeV−2) бірліктерімен беріледі, мысалы, ħ2c2/GeV2 = 0,3894 = 38940 түрлендіруі арқылы. Табиғи бірліктерде (мұнда ħ = c = 1) бұл GeV−2 = 0,3894 = 38940 түрінде қарапайымдалады.
Calculated cross sections are often given in terms of inverse squared gigaelectronvolts (GeV−2), via the conversion ħ2c2/GeV2 = 0.3894 = 38940. In natural units (where ħ = c = 1), this simplifies to GeV−2 = 0.3894 = 38940.
SI жүйесінде квадрат фемтометр (fm2) сияқты бірліктерді қолдануға болады. Қораның ең көп қолданылатын SI префиксі – фемтоқор, ол квадрат зептометрдің оннан бір бөлігіне тең. Жоғары энергиялық физиканы талқылайтын көптеген ғылыми мақалаларда фемтоқор деңгейінің үлестері туралы айтылады. +SI бірліктерінен аудару SI қорлары 1 пм2 10 кб 1 фм2 10 мб 1 ам2 10 нб 1 зм2 10 фб 1 юм2 10 зб 1 рм2 10 рб+Қорларды SI бірліктеріне аудару Қорлар SI Басқа атаулар 1 б 100 фм2 1 сб 1 фм2 1 мб 0,1 фм2 = 100000 ам2 1 мкб 100 ам2 1 нб 0,1 ам2 = 100000 зм2 1 пб 100 зм2 1 фб 0,1 зм2 = 100000 юм2 1 аб 100 юм2 1 зб 0,1 юм2 = 100000 рм2 1 йб 100 рм2 Сарай
In SI, one can use units such as square femtometers (fm2). The most common SI prefixed unit for the barn is the femtobarn, which is equal to a tenth of a square zeptometer. Many scientific papers discussing high energy physics mention quantities of fractions of femtobarn level. +Conversion from SI units SI barns 1 pm2 10 kb 1 fm2 10 mb 1 am2 10 nb 1 zm2 10 fb 1 ym2 10 zb 1 rm2 10 rb+Conversion to SI units Barns SI Other names 1 b 100 fm2 1 cb 1 fm2 1 mb 0.1 fm2 = 100000 am2 1 μb 100 am2 Outhouse 1 nb 0.1 am2 = 100000 zm2 1 pb 100 zm2 1 fb 0.1 zm2 = 100000 ym2 1 ab 100 ym2 1 zb 0.1 ym2 = 100000 rm2 1 yb 100 rm2 Shed
Кері фемтобарн
Инверс фемтобарн (fb−1) – нысананың қимасының фемтобарнына шаққандағы бөлшектердің соқтығысу оқиғаларының санын өлшеуге арналған стандартты бірлік, сонымен қатар уақыт бойынша интегралданған жарықтылықтың дәстүрлі бірлігі болып табылады. Егер детектор 100 интегралданған жарықтылықты жинаса, онда осы деректерде қимасының фемтобарнына 100 оқиға табады деп күтілуде. Фемтобарнмен өлшенген қималық аудандары бар екі бөлшек ағынының белгілі бір уақыт аралығында соқтығысуына бағытталған бөлшектер үдеткіші қарастырылсын. Соқтығысудың жалпы саны осы уақыт ішінде өлшенген соқтығысудың жарықтылығына тікелей пропорционал болады. Сондықтан, соқтығысу санын осы соқтығысу процестерінің қимасының қосындысына интегралданған жарықтылықты көбейту арқылы есептеуге болады. Бұл сан кейіннен уақыт кезеңі үшін инверс фемтобарнмен көрсетіледі (мысалы, тоғыз айда 100 fb−1). Инверс фемтобарн бөлшектер үдеткішінің өнімділігін көрсету үшін жиі қолданылады. Фермилаб 21-ші ғасырдың бірінші онжылдығында 10 бірлік өндірді. Фермилабтың Теватроны 2005 жылы 1 бірлікке жетуіне шамамен 4 жыл уақыт кетті, ал ЦЕРН-нің екі LHC эксперименті, ATLAS және CMS, 2011 жылы ғана 5 протон-протон дерегінен асты. 2012 жылдың сәуірінде LHC секундына 6760 инверс микробарн жарықтылық шамасына жетіп, 8 соқтығысу энергиясына қол жеткізді; 2012 жылдың мамырына қарай LHC әр детекторлық ынтымақтастығына аптасына 1 инверс фемтобарн дерек жеткізді. 2012 жылы 23 fb−1-ден астам рекордтық көрсеткіштерге қол жеткізілді. 2016 жылдың қараша айына қарай, LHC сол жылы 40 бірлікке жетті, бұл қойылған 25 бірлік мақсатын айтарлық дәрежеде асып түсті. Жалпы алғанда, LHC-нің екінші іске қосылуы 2015–2018 жылдары ATLAS және CMS-ке 150 бірлікке жуық дерек жеткізді.
The inverse femtobarn (fb−1) is the unit typically used to measure the number of particle collision events per femtobarn of target cross section, and is the conventional unit for time integrated luminosity. Thus if a detector has accumulated 100 of integrated luminosity, one expects to find 100 events per femtobarn of cross section within these data. Consider a particle accelerator where two streams of particles, with cross sectional areas measured in femtobarns, are directed to collide over a period of time. The total number of collisions will be directly proportional to the luminosity of the collisions measured over this time. Therefore, the collision count can be calculated by multiplying the integrated luminosity by the sum of the cross section for those collision processes. This count is then expressed as inverse femtobarns for the time period (e. g., 100 fb−1 in nine months). Inverse femtobarns are often quoted as an indication of particle collider productivity. Fermilab produced 10 in the first decade of the 21st century. Fermilab's Tevatron took about 4 years to reach 1 in 2005, while two of CERN's LHC experiments, ATLAS and CMS, reached over 5 of proton–proton data in 2011 alone. In April 2012 the LHC achieved the collision energy of 8 with a luminosity peak of 6760 inverse microbarns per second; by May 2012 the LHC delivered 1 inverse femtobarn of data per week to each detector collaboration. A record of over 23 fb−1 was achieved during 2012. As of November 2016, the LHC had achieved 40 over that year, significantly exceeding the stated goal of 25. In total, the second run of the LHC has delivered around 150 to both ATLAS and CMS in 2015–2018.
Пайдалану үлгісі
Қарапайым мысал ретінде, егер сәуле желісі 8 сағат (28 800 секунд) бойы 300⋅300 бірлікке тең сәуле қарқындылығымен жұмыс істесе, онда ол осы кезеңде 8 640 000 = 8,64 = 0,00864 интегралдық жарық күшін жинайды. Егер бұл шаманы көлденең қимамен көбейтсек, күтілетін шашырау оқиғаларының санына тең, өлшемсіз сан алынады.
As a simplified example, if a beamline runs for 8 hours (28 800 seconds) at an instantaneous luminosity of 300 300, then it will gather data totaling an integrated luminosity of 8640000 = 8.64 = 0.00864 during this period. If this is multiplied by the cross section, then a dimensionless number is obtained equal to the number of expected scattering events.