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 los núcleos y las reacciones nucleares , hoy también se utiliza 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 también es la unidad de área utilizada en la resonancia cuadrupolo nuclear y la resonancia magnética nuclear para cuantificar la interacción de un núcleo con un gradiente de campo eléctrico . Si bien el granero nunca fue una unidad del SI , el organismo de normalización del SI lo reconoció en el octavo folleto del 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 Marshall Holloway y Charles P. Baker trabajaban en la Universidad de Purdue en un proyecto que utilizaba un acelerador de partículas para medir las secciones transversales de ciertas reacciones nucleares. Según un relato suyo de un par de años después, estaban cenando en una cafetería en diciembre de 1942 y discutiendo su trabajo. "Lamentaron" que no hubiera un nombre para la unidad de sección transversal y se desafiaron a sí mismos a desarrollar uno. Inicialmente intentaron encontrar el nombre de "algún gran hombre estrechamente asociado con el campo" con el que pudieran nombrar la unidad, pero lucharon por encontrar uno que fuera apropiado. Consideraron que " Oppenheimer " era demasiado largo (en retrospectiva, consideraron que tal vez se hubiera permitido un "Oppy"), y consideraron que " Bethe " se confundía demasiado fácilmente con la letra griega de uso común beta . Luego consideraron nombrarlo en honor a John Manley , otro científico asociado con su trabajo, pero consideraron que "Manley" era demasiado largo y "John" estaba demasiado asociado con los inodoros . Pero esta última asociación, combinada con el "origen rural" de uno de los científicos, les sugirió el término " granero ", que también funcionó porque la unidad era "realmente tan grande como un granero". Según los autores, el primer uso publicado del término fue en un informe (secreto) de Los Álamos de finales de junio de 1943, en el que los dos creadores fueron coautores. [2]
El símbolo de unidad para el granero (b) es también el símbolo estándar IEEE para bit . En otras palabras, 1 Mb puede significar un megagranero o un megabit.
Las secciones transversales calculadas a menudo se dan en términos de gigaelectronvoltios al cuadrado inverso ( GeV −2 ), a través de la conversión ħ 2 c 2 / GeV 2 =0,3894 mb =38 940 soy 2 .
En unidades naturales (donde ħ = c = 1), esto se simplifica a GeV −2 =0,3894 mb =38 940 soy 2 .
En el SI, se pueden utilizar unidades como femtómetros cuadrados (fm2 ) . La unidad SI con prefijo más común para el barn es el femtobarn, que equivale a una décima parte de un zeptómetro cuadrado. Muchos artículos científicos que tratan sobre física de altas energías mencionan cantidades de fracciones de nivel de femtobarn.
El femtobarn inverso (fb −1 ) es la unidad que se utiliza normalmente para medir la cantidad de eventos de colisión de partículas por femtobarn de sección transversal del objetivo , y es la unidad convencional para la luminosidad integrada en el tiempo . Por lo tanto, si un detector ha acumulado100 fb −1 de luminosidad integrada, se espera encontrar 100 eventos por femtobarn de sección transversal dentro de estos datos.
Consideremos un acelerador de partículas en el que dos corrientes 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 para esos procesos de colisión. Este recuento se expresa luego 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 . [6] [7]
Fermilab producido10 fb −1 en la primera década del siglo XXI. [8] El Tevatrón del Fermilab tardó unos 4 años en alcanzar1 fb −1 en 2005, mientras que dos de los experimentos LHC del CERN , ATLAS y CMS , alcanzaron más de5 fb −1 de datos protón-protón solo en 2011. [9] [10] [11] [12] [13] [14] En abril de 2012, el LHC alcanzó la energía de colisión de8 TeV con un pico de luminosidad de 6760 microbarn 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. [15] En noviembre de 2016, el LHC había logrado40 fb −1 durante ese año, superando significativamente el objetivo establecido de25 fb −1 . [16] En total, la segunda ejecución del LHC ha entregado alrededor de150 fb −1 tanto para ATLAS como para CMS en 2015-2018. [17]
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 que totalizan una luminosidad integrada de8 640 000 μb −1 =8,64 pb -1 =0,008 64 fb −1 durante este período. Si se multiplica por la sección transversal, se obtiene un número adimensional igual al número de eventos de dispersión esperados.