Granero (unidad)
Un granero (símbolo: b) es una unidad métrica de área igual a 10−28 m2 (100 fm2). Usado originalmente en física nuclear para expresar el área de la sección transversal de los núcleos y las reacciones nucleares, hoy en día también se usa en todos los campos de la física de alta energía para expresar las secciones transversales de cualquier proceso de dispersión, y se entiende mejor como una medida de la probabilidad de interacción entre partículas pequeñas. Un granero es aproximadamente el área de la sección transversal de un núcleo de uranio. El granero es también la unidad de área utilizada en resonancia nuclear cuadrupolar y resonancia magnética nuclear para cuantificar la interacción de un núcleo con un gradiente de campo eléctrico. Si bien el granero nunca fue una unidad SI, el organismo de estándares SI lo reconoció en el octavo folleto SI (reemplazado en 2019) debido a su uso en física de partículas.
Etimología
Durante la investigación del Proyecto Manhattan sobre la bomba atómica durante la Segunda Guerra Mundial, los físicos estadounidenses de la Universidad de Purdue necesitaban un nombre secreto para una unidad con la que cuantificar el área de sección transversal presentada por el núcleo típico (~10−28 m2) y se decidió por "granero". Consideraron que este era un gran objetivo para los aceleradores de partículas que necesitaban tener impactos directos en los núcleos, y los proponentes, los físicos Marshall Holloway y Richard Baker, dijeron que la constante 'para fines nucleares era realmente tan grande como un granero'.. En el idioma americano "couldn't hit the wide side of a barn" se refiere a alguien cuya puntería es muy mala. Inicialmente, esperaban que el nombre oscureciera cualquier referencia al estudio de la estructura nuclear; eventualmente, la palabra se convirtió en una unidad estándar en física nuclear y de partículas.
Versiones prefijadas de uso común
| Dependencia | Signatura | m2 | cm2 |
|---|---|---|---|
| megabarn | Mb | 10−22 | 10−18 |
| kilobarn | kb | 10,25 - | 10,21 - 21 |
| granero | b | 10−28 | 10−24− |
| millibarn | mb | 10−31 - | 10−27 |
| microbarrón | μb | 10−34− | 10−30 |
| nanobarrón | nb | 10−37 | 10−33 |
| picobarn | pb | 10−40 | 10−36 |
| femtobarn | fb | 10,43 - | 10−39− |
| attobarn | ab | 1046 - | 10−42 |
| zeptobarn | zb | 10,49 - 49 | 10,45 - 45 |
| Yoctobarn | Yb | 10−52 | 10−48 |
Conversiones
Las secciones transversales calculadas a menudo se dan en términos de gigaelectronvoltios al cuadrado inverso (GeV-2), a través de la conversión ħ2c2/GeV2 = 0.3894 mb = 38940 am2.
En unidades naturales (donde ħ = c = 1), esto se simplifica a GeV−2 = 0.3894 mb = 38940 am2.
| granero | GeV−2 |
|---|---|
| 1 mb | 2.56819GeV−2 |
| 1 pb | 2.56819×10−9GeV−2 |
| 0,89379 mb | 1 GeV−2 |
| 0,89379 pb | 1×10−9GeV−2 |
Unidades SI con prefijo
En SI, se pueden usar unidades como femtómetros cuadrados (fm2). La unidad con prefijo SI más común para el granero es el femtobarn, que es igual a una décima parte de un zeptómetro cuadrado. Muchos artículos científicos que discuten la física de alta energía mencionan cantidades de fracciones del nivel de femtobarn.
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Femtobarn inversa
El femtobarn inverso (fb−1) es la unidad que normalmente se usa para medir el número de eventos de colisión de partículas por femtobarn de sección transversal objetivo, y es la unidad convencional para la luminosidad integrada en el tiempo. Por lo tanto, si un detector ha acumulado 100 fb−1 de luminosidad integrada, uno espera encontrar 100 eventos por femtobarn de sección transversal dentro de estos datos.
Considere un acelerador de partículas en el que dos flujos de partículas, con áreas de sección transversal medidas en femtobarns, se dirigen para colisionar durante un período de tiempo. El número total de colisiones será directamente proporcional a la luminosidad de las colisiones medidas durante este tiempo. Por lo tanto, el recuento de colisiones se puede calcular multiplicando la luminosidad integrada por la suma de la sección transversal de esos procesos de colisión. Luego, este recuento se expresa como femtobarns inversos para el período de tiempo (por ejemplo, 100 fb−1 en nueve meses). Los femtobarns inversos a menudo se citan como una indicación de la productividad del colisionador de partículas.
Fermilab produjo 10 fb−1 en la primera década de el siglo 21. Tevatron de Fermilab tardó aproximadamente 4 años en alcanzar 1 fb−1 en 2005, mientras que dos de los experimentos del LHC del CERN, ATLAS y CMS, alcanzaron más de 5 fb−1 de datos protón-protón solo en 2011. En abril de 2012, el LHC alcanzó la energía de colisión de 8 TeV con un pico de luminosidad de 6760 microbarns inversos por segundo; en mayo de 2012, el LHC entregó 1 femtobarn inverso de datos por semana a cada colaboración de detectores. Se logró un récord de más de 23 fb−1 durante 2012. En noviembre de 2016, el LHC había alcanzado 40 fb−1 durante ese año, superando significativamente el objetivo declarado de 25 fb−1. En total, la segunda ejecución del LHC ha generado alrededor de 150 fb−1 a ATLAS y CMS en 2015–2018.
Ejemplo de uso
Como ejemplo simplificado, si una línea de luz funciona durante 8 horas (28 800 segundos) con una luminosidad instantánea de 300×1030 cm−2⋅s−1 = 300 μb−1⋅s −1, luego recopilará datos por un total de una luminosidad integrada de 8 640000 μb−1 = 8.64 pb−1 = 0.00864 fb−1 durante este período. Si esto se multiplica por la sección transversal, se obtiene un número adimensional igual al número de eventos de dispersión esperados.
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