納屋（ユニット）

納屋（記号：b）はメートル法の面積の単位で、バーンは、もともと原子核物理学で原子核や原子核反応の断面積を表す ために^{使用されていましたが、今日}では高エネルギー物理学 のすべての分野であらゆる散乱過程の断面積を表すためにも使用されており、小さな粒子間の相互作用の確率の尺度として最もよく理解されています。バーンは、ウラン原子核の断面積にほぼ相当します。バーンは、原子核四重極共鳴や核磁気共鳴で、電場勾配と原子核の相互作用を定量化するのに使用される面積の単位でもあります。バーンはSI単位ではありませんでしたが、素粒子物理学で使用されているため、SI標準化団体は第8版SIパンフレット（2019年に廃止）でバーンを承認しました。^[1]

第二次世界大戦中のマンハッタン計画による原子爆弾の研究中、アメリカの物理学者マーシャル・ホロウェイとチャールズ・P・ベイカーは、パデュー大学で、粒子加速器を使用して特定の核反応の断面積を測定するプロジェクトに取り組んでいました。数年後の彼らの記述によると、1942年12月にカフェテリアで食事をしながら研究について話し合っていたとき、彼らは断面積の単位に名前がないことを「嘆き」、自分たちで名前を考え出そうとしました。彼らは最初、単位に名前を付けられる「この分野に深く関係のある偉人」の名前を探そうとしましたが、適切な名前を見つけるのに苦労しました。彼らは「オッペンハイマー」は長すぎると考え（今にして思えば、「オッピー」でもよかったかもしれないと考えていました）、また「ベーテ」はよく使われるギリシャ文字のベータと混同されやすいと考えました。次に、彼らの研究に関係のある別の科学者であるジョン・マンリーにちなんで名付けることも考えましたが、「マンリー」は長すぎるし、「ジョン」はトイレと関連が深すぎると考えました。しかし、この後者の連想と、科学者の一人が「田舎出身」だったことから、彼らは「納屋」という用語を思いつき、そのユニットが「実際に納屋と同じくらいの大きさ」だったことからも、この用語は適切だった。著者らによると、この用語が初めて公表されたのは、1943年6月下旬の（秘密の）ロスアラモス報告書で、この報告書の発案者2人が共著者だった。^[2]

バーンの単位記号 (b) は、ビットの IEEE 標準記号でもあります。つまり、1 Mb は 1 メガバーンまたは 1 メガビットを意味します。

計算された断面積は、多くの場合、 ħ ² c ² / GeV ² =の変換により、ギガ電子ボルトの逆2乗（ GeV ⁻² ）で表されます。0.3894 mb =38 940 午前²。

自然単位系（ħ = c = 1）では、これは次のように簡略化される。GeV ⁻² =0.3894 mb =38 940 午前²。

^{SI では、平方フェムトメートル (fm 2} )などの単位を使用できます。SI で最も一般的なバーンの接頭辞付き単位はフェムトバーンで、これは平方ゼプトメートルの 10 分の 1 に相当します。高エネルギー物理学を論じる多くの科学論文では、フェムトバーン レベルの分数の量について言及されています。

逆フェムトバーン（fb ^{−1 ）は、}標的断面積のフェムトバーンあたりの粒子衝突イベントの数を測定するために通常使用される単位であり、時間積分された光度の従来の単位である。したがって、検出器が蓄積した積分光度が100 fb ⁻¹の場合、これらのデータ内では断面積 1 フェムトバーンあたり 100 イベントが見つかることが予想されます。

フェムトバーンで測定された断面積を持つ 2 つの粒子流が一定時間内に衝突するように誘導される粒子加速器について考えてみましょう。衝突の総数は、この時間内に測定された衝突の輝度に正比例します。したがって、衝突数は、積分された輝度にそれらの衝突プロセスの断面積の合計を掛けることによって計算できます。この数は、期間の逆フェムトバーンとして表されます (例: 9 か月で 100 fb ^{−1 )。逆フェムトバーンは、}粒子加速器の生産性の指標としてよく引用されます。^{[6] [7]}

フェルミ国立加速器研究所が生産21世紀の最初の10年間で10 fb ^{−1に到達した。 [8]} フェルミ国立加速器研究所のテバトロンは、到達までに約4年を要した。2005年には1 fb ⁻¹に達し、CERNのLHC実験の2つであるATLASとCMSは2011年だけで5 fb ^{−1の陽子-陽子データが得られました。 [9] [10] [11] [12] [13] [14]} 2012年4月にLHCは衝突エネルギー8TeVのエネルギーで毎秒6760マイクロバーンのピーク輝度を持ち、2012年5月までにLHCは各検出器共同体に毎週1フェムトバーンのデータを供給した。2012年には23fb ^{-1を超える記録が達成された。[15]} 2016年11月現在、LHCはその年は40 fb ⁻¹となり、25 fb ⁻¹。^[16] LHCの2回目の運転では合計で約2015年から2018年にかけてATLASとCMSの両方に150 fb ^{−1の衛星を投入した。 [17]}

単純化した例として、ビームラインが8時間（28,800秒）にわたって瞬間輝度で稼働するとします。300 × 10 ³⁰  cm ⁻² ⋅s ⁻¹  =300 μb ⁻¹ ⋅s ⁻¹の場合、積分光度は8 640 000  μb ⁻¹  =8.64 pb ⁻¹  =この期間中の散乱イベントの数は 0.008 64  fb ^{−1です。これに断面積を掛けると、予想される散乱イベントの数に等しい無次元数が得られます。}

• 納屋と同じ時代に同じ人々によって作られた時間の単位「シェイク」
• 桁数（面積）
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• 「barn」のこの用法に関するIUPACの引用