Барн
Барн (русское обозначение: б, бн; международное: b) — внесистемная единица измерения площади, используется в ядерной физике для измерения эффективного сечения ядерных реакций, а также квадрупольного момента. 1 барн равен 10−28 м² = 10−24 см² = 100 фм² (примерный размер атомного ядра). Определяются также кратные и дольные единицы; из них используются:
- мегабарн (Мбн, Мб, 10−18 см²),
- килобарн (кбн, кб, 10−21 см²),
- миллибарн (мбн, мб, 10−27 см²),
- микробарн (мкбн, мкб, 10−30 см²),
- нанобарн (нбн, нб, 10−33 см²),
- пикобарн (пбн, пб, 10−36 см²),
- фемтобарн (фбн, фб, 10−39 см²),
- аттобарн (абн, аб, 10−42 см²),
Электрический квадрупольный момент имеет размерность произведения площади на электрический заряд, однако в атомной и ядерной физике заряд часто выражают в единицах элементарного заряда, поэтому квадрупольный момент приобретает размерность площади и в этом случае тоже может измеряться в барнах.
Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ) относит барн к единицам измерения, «которые могут временно применяться до даты, установленной национальными предписаниями, но которые не должны вводиться, если они не используются», и разрешает использовать барн только в атомной и ядерной физике[1].
Производные единицы
Обратные барны (бн−1), а также кратные и дольные единицы используются в качестве меры интегральной светимости коллайдеров (то есть количества частиц, прошедших за время работы машины через единицу площади поперечного сечения пучка в зоне соударения встречных пучков, что пропорционально количеству произошедших реакций)[2]. Так, интегральная светимость в 10 фбн−1 означает, что за время работы через каждый квадратный фемтобарн зоны соударения прошло в среднем 10 частиц. Если известно эффективное поперечное сечение какой-либо реакции, то для того, чтобы узнать количество произошедших реакций, надо умножить это сечение (в барнах) на интегральную светимость (в обратных барнах). Светимость коллайдеров выражается через обратные барны в секунду; например, максимальная проектная (ещё не достигнутая) светимость Большого адронного коллайдера составляет 1,7·1034 см−2с−1, что соответствует 1,7·10−5 фбн−1с−1. За 105 секунд работы (чуть больше суток) БАК в таком режиме будет набирать интегральную светимость 1,7 обратных фемтобарн (или 1700 обратных пикобарн — следует отметить, что, как и для любых обратных единиц, соотношения между десятичными приставками «переворачиваются»: обратный барн в 1000 раз меньше обратного миллибарна).
Примеры
Барны
- Сечение радиационного захвата тепловых нейтронов ядром 113Cd составляет около 20,6 кбарн[3].
- Сечение деления ядра 235U тепловым нейтроном (основа современной ядерной энергетики) составляет около 584 барн[3].
- Чувствительность современных детекторов частиц тёмной материи для реакции упругого рассеяния на ядрах и массы вимпов 10-100 ГэВ составляет 10−6−10−4 пбарн.[4]
- Сечение рассеяния нейтрино на нуклоне при энергии порядка 10 МэВ составляет ~ 1 аттобарн.
- Электрический квадрупольный момент ядра 14N составляет 20,0 мбарн[5].
Обратные барны
- Планируемая интегральная светимость Большого адронного коллайдера, накопленная к концу 2011 года — около 6 фбн−1, к концу 2019 года — 300 фбн−1.
- Ожидаемая интегральная светимость Тэватрона, накопленная к концу 2014 года — около 20 фбн−1.
- Светимость коллайдера RHIC при работе с ядрами золота (2000 год) составляла 1,5 миллибарн−1с−1.
Этимология
Название «барн» происходит от английского barn — амбар.[6] Два физика из Университета Пердью (Уэст-Лафейетт, штат Индиана), Маршалл Хеллоуэй и Чарльз Бэйкер, работавшие в рамках Манхэттенского проекта, однажды во время обеда решили придумать название для единицы, отражающей типичный размер эффективного сечения в ядерной физике. Среди кандидатов, в чью она честь могла быть названа, были Оппенгеймер и Бете, а также Джон Мэнли, директор группы университета Пердью в Лос-Аламосе (Мэнли показалось физикам слишком длинным, и в качестве кандидатуры некоторое время использовалось имя «Джон»). Для большинства ядерных процессов эффективное сечение 10−24 см² кажется большим, как амбар.
Напишите отзыв о статье "Барн"
Примечания
- ↑ [www.fundmetrology.ru/depository/04_IntDoc_all/MD2.pdf#page=26 Международный документ МОЗМ D2. Узаконенные (официально допущенные к применению) единицы измерений. Приложение A]
- ↑ [elementy.ru/LHC/HEP/measures/luminosity Светимость коллайдера.]
- ↑ 1 2 [www.nndc.bnl.gov/exfor/endf00.jsp Evaluated Nuclear Data File (ENDF).]
- ↑ Malcolm Fairbairn, Thomas Schwetz. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, [iopscience.iop.org/1475-7516/2009/01/037/ 01(2009)037].
- ↑ A. Schirmacher and H. Winter. [link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevA.47.4891 Phys. Rev. A 47(1993)4891].
- ↑ [www.symmetrymagazine.org/cms/?pid=1000258 www.symmetrymagazine.org]
Отрывок, характеризующий Барн
Ростов почувствовал себя совершенно счастливым. В это время начальник показался на мосту. Денисов поскакал к нему.– Ваше пг'евосходительство! позвольте атаковать! я их опг'окину.
– Какие тут атаки, – сказал начальник скучливым голосом, морщась, как от докучливой мухи. – И зачем вы тут стоите? Видите, фланкеры отступают. Ведите назад эскадрон.
Эскадрон перешел мост и вышел из под выстрелов, не потеряв ни одного человека. Вслед за ним перешел и второй эскадрон, бывший в цепи, и последние казаки очистили ту сторону.
Два эскадрона павлоградцев, перейдя мост, один за другим, пошли назад на гору. Полковой командир Карл Богданович Шуберт подъехал к эскадрону Денисова и ехал шагом недалеко от Ростова, не обращая на него никакого внимания, несмотря на то, что после бывшего столкновения за Телянина, они виделись теперь в первый раз. Ростов, чувствуя себя во фронте во власти человека, перед которым он теперь считал себя виноватым, не спускал глаз с атлетической спины, белокурого затылка и красной шеи полкового командира. Ростову то казалось, что Богданыч только притворяется невнимательным, и что вся цель его теперь состоит в том, чтоб испытать храбрость юнкера, и он выпрямлялся и весело оглядывался; то ему казалось, что Богданыч нарочно едет близко, чтобы показать Ростову свою храбрость. То ему думалось, что враг его теперь нарочно пошлет эскадрон в отчаянную атаку, чтобы наказать его, Ростова. То думалось, что после атаки он подойдет к нему и великодушно протянет ему, раненому, руку примирения.
Знакомая павлоградцам, с высокоподнятыми плечами, фигура Жеркова (он недавно выбыл из их полка) подъехала к полковому командиру. Жерков, после своего изгнания из главного штаба, не остался в полку, говоря, что он не дурак во фронте лямку тянуть, когда он при штабе, ничего не делая, получит наград больше, и умел пристроиться ординарцем к князю Багратиону. Он приехал к своему бывшему начальнику с приказанием от начальника ариергарда.
– Полковник, – сказал он с своею мрачною серьезностью, обращаясь ко врагу Ростова и оглядывая товарищей, – велено остановиться, мост зажечь.
– Кто велено? – угрюмо спросил полковник.
– Уж я и не знаю, полковник, кто велено , – серьезно отвечал корнет, – но только мне князь приказал: «Поезжай и скажи полковнику, чтобы гусары вернулись скорей и зажгли бы мост».
Вслед за Жерковым к гусарскому полковнику подъехал свитский офицер с тем же приказанием. Вслед за свитским офицером на казачьей лошади, которая насилу несла его галопом, подъехал толстый Несвицкий.
– Как же, полковник, – кричал он еще на езде, – я вам говорил мост зажечь, а теперь кто то переврал; там все с ума сходят, ничего не разберешь.
Полковник неторопливо остановил полк и обратился к Несвицкому:
– Вы мне говорили про горючие вещества, – сказал он, – а про то, чтобы зажигать, вы мне ничего не говорили.
– Да как же, батюшка, – заговорил, остановившись, Несвицкий, снимая фуражку и расправляя пухлой рукой мокрые от пота волосы, – как же не говорил, что мост зажечь, когда горючие вещества положили?
– Я вам не «батюшка», господин штаб офицер, а вы мне не говорили, чтоб мост зажигайт! Я служба знаю, и мне в привычка приказание строго исполняйт. Вы сказали, мост зажгут, а кто зажгут, я святым духом не могу знайт…
– Ну, вот всегда так, – махнув рукой, сказал Несвицкий. – Ты как здесь? – обратился он к Жеркову.
– Да за тем же. Однако ты отсырел, дай я тебя выжму.
– Вы сказали, господин штаб офицер, – продолжал полковник обиженным тоном…
– Полковник, – перебил свитский офицер, – надо торопиться, а то неприятель пододвинет орудия на картечный выстрел.
Полковник молча посмотрел на свитского офицера, на толстого штаб офицера, на Жеркова и нахмурился.
– Я буду мост зажигайт, – сказал он торжественным тоном, как будто бы выражал этим, что, несмотря на все делаемые ему неприятности, он всё таки сделает то, что должно.
Ударив своими длинными мускулистыми ногами лошадь, как будто она была во всем виновата, полковник выдвинулся вперед к 2 му эскадрону, тому самому, в котором служил Ростов под командою Денисова, скомандовал вернуться назад к мосту.
«Ну, так и есть, – подумал Ростов, – он хочет испытать меня! – Сердце его сжалось, и кровь бросилась к лицу. – Пускай посмотрит, трус ли я» – подумал он.
Опять на всех веселых лицах людей эскадрона появилась та серьезная черта, которая была на них в то время, как они стояли под ядрами. Ростов, не спуская глаз, смотрел на своего врага, полкового командира, желая найти на его лице подтверждение своих догадок; но полковник ни разу не взглянул на Ростова, а смотрел, как всегда во фронте, строго и торжественно. Послышалась команда.
– Живо! Живо! – проговорило около него несколько голосов.
Цепляясь саблями за поводья, гремя шпорами и торопясь, слезали гусары, сами не зная, что они будут делать. Гусары крестились. Ростов уже не смотрел на полкового командира, – ему некогда было. Он боялся, с замиранием сердца боялся, как бы ему не отстать от гусар. Рука его дрожала, когда он передавал лошадь коноводу, и он чувствовал, как со стуком приливает кровь к его сердцу. Денисов, заваливаясь назад и крича что то, проехал мимо него. Ростов ничего не видел, кроме бежавших вокруг него гусар, цеплявшихся шпорами и бренчавших саблями.
