Un granero (símbolo: b ) es una unidad métrica de área igual a10 −28 m 2 (100 fm 2 ). Originalmente utilizado en física nuclear para expresar el área de la sección transversal de núcleos y reacciones nucleares , hoy en día también se utiliza en todos los campos de la física de altas energías 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 cuadrupolar nuclear 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 . [1]
Durante la investigación del Proyecto Manhattan sobre la bomba atómica durante la Segunda Guerra Mundial , los físicos estadounidenses de la Universidad Purdue necesitaban un nombre secreto para una unidad con la que cuantificar el área de la sección transversal presentada por el núcleo típico (~10 −28 m 2 ) y decidieron " granero ". Consideraron que se trataba de un gran objetivo para los aceleradores de partículas que necesitaban impactos directos sobre 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". [2] El modismo americano "no podría dar en el lado ancho de un granero" se refiere a alguien cuya puntería es muy mala. [3] Inicialmente esperaban que el nombre oscureciera cualquier referencia al estudio de la estructura nuclear; Con el tiempo, la palabra se convirtió en una unidad estándar en la física nuclear y de partículas. [4] [5]
El símbolo de unidad del granero (b) es también el símbolo estándar IEEE para bit . En otras palabras, 1 Mb puede significar un megabarn o un megabit.
Las secciones transversales calculadas a menudo se dan en términos de gigaelectronvoltios al cuadrado inverso ( GeV −2 ), mediante la conversión ħ 2 c 2 / GeV 2 =0,3894 mb =38 940 am 2 .
En unidades naturales (donde ħ = c = 1), esto se simplifica a GeV −2 =0,3894 mb =38 940 am 2 .
En el SI, se pueden utilizar unidades como femtómetros cuadrados (fm 2 ). 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 analizan la física de altas energías mencionan cantidades de fracciones del nivel de femtobarn.
El femtobarn inverso (fb −1 ) es la unidad que se utiliza normalmente para medir el número de eventos de colisión de partículas por femtobarn de la sección transversal del objetivo , y es la unidad convencional para la luminosidad integrada en el tiempo . Así, si un detector ha acumulado100 fb −1 de luminosidad integrada, se espera encontrar 100 eventos por femtobarn de sección transversal dentro de estos datos.
Considere un acelerador de partículas en el que dos corrientes de partículas, con áreas de sección transversal medidas en femtobarns, se dirigen para que colisionen 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 se citan a menudo como una indicación de la productividad del colisionador de partículas . [9] [10]
Fermilab producido10 fb −1 en la primera década del siglo XXI. [11] Tevatron de Fermilab tardó unos 4 años en alcanzar1 fb −1 en 2005, mientras que dos de los experimentos del LHC del CERN , ATLAS y CMS , alcanzaron más de5 fb −1 de datos protón-protón solo en 2011. [12] [13] [14] [15] [16] [17] En abril de 2012, el LHC alcanzó la energía de colisión de8 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. Durante 2012 se logró un récord de más de 23 fb −1. [18] En noviembre de 2016, el LHC había alcanzado40 fb −1 durante ese año, superando significativamente el objetivo establecido de25 fb −1 . [19] En total, la segunda ejecución del LHC ha arrojado alrededor de150 fb −1 para ATLAS y CMS en 2015-2018. [20]
Como ejemplo simplificado, si una línea de luz funciona durante 8 horas (28 800 segundos) con una luminosidad instantánea de300 × 10 30 cm −2 ⋅s −1 =300 μb −1 ⋅s −1 , luego recopilará datos por un total de luminosidad integrada de8 640 000 μb −1 =8,64 libras −1 =0,008 64 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.