Barn

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Le barn (symbole b) est une unité spéciale employée en physique nucléaire et en physique des particules pour exprimer les sections efficaces.

Elle figure dans le tableau X du Système international : Unités à maintenir temporairement avec le Système International[1],[2].

Cette unité est homogène à une surface ; sa valeur est de 10-28 m2 soit 10-24 cm2.

Cette unité est du même ordre de grandeur que la section géométrique du noyau d'un atome, le rayon du proton[3] étant de 0,84184×10-15 m. Cependant, les valeurs des sections efficaces diffèrent notablement de leurs valeurs géométriques et varient également de façon importante en fonction de la nature, de l'énergie du flux de particules et des interactions qu'elles subissent en traversant le matériau considéré.

Par exemple, la section efficace totale d'interaction d'un noyau d'atome d'hydrogène avec un flux de neutrons dont l'énergie est d'1 eV est de 20 b (2000 × 10-30 m²), alors que la section géométrique d'un proton est environ trois cent fois plus petite : ~0,07 b (7,06 × 10-30 m²).

À titre de comparaison, la section géométrique d'un atome d'hydrogène est d'environ 6,25 Mb (6,25 × 10-22 m²), trois cent mille fois plus grande.

Origine[modifier | modifier le code]

L'étymologie est un peu loufoque: Les physiciens américains l'ont adoptée lors des recherches sur la bombe atomique pendant la Seconde Guerre mondiale. Le nom de cette nouvelle unité serait issue d'une blague « as big as a barn » (aussi grande qu'une grange) car les sections efficaces de l'uranium 238 étaient très importantes dans le domaine épithermique (forêt de résonance) comparées aux sections efficaces typiques des réactions nucléaires.

Initialement les physiciens américains utilisaient ce terme argot de barns dans le but de masquer le sujet de leurs recherches. Cependant après la Seconde Guerre mondiale, le barn est devenu une unité standard de la physique des particules[4],[5].

Conversion vers le système d'unités international[modifier | modifier le code]

Unité Symbole m2 cm2
barn b 10−28 10−24
millibarn mb 10−31 10−27
microbarn μb 10−34 10−30
nanobarn nb 10−37 10−33
picobarn pb 10−40 10−36
femtobarn fb 10−43 10−39

Luminosité[modifier | modifier le code]

La luminosité d'un accélérateur de particules s'exprime en b-1s-1 et est un indicateur de sa performance. Par extension, le barn inverse est devenu l'unité de la quantité de données produite par ces accélérateurs de particules.

Par exemple, pour l'année 2011, le LHC a produit 5 femtobarns inverse de données[6].

Références[modifier | modifier le code]

  1. « Chapter 4.1: Non-SI units accepted for use with the SI, and units based on fundamental constants », SI brochure (8th edition), Bureau international des poids et mesures (BIPM),‎ May 2006 (consulté le 13 mars 2009)
  2. « Table 8. Other non-SI units », SI brochure (8th edition), BIPM,‎ May 2006 (consulté le 13 mars 2009)
  3. (en) Randolf Pohl et al., « The size of the proton », Nature, vol. 466,‎ 8 juillet 2010, p. 213-216 (ISSN 0028-0836, DOI 10.1038/nature09250)
  4. Mike Perricone, « Signal to Background », Symmetry, vol. 03, no 01,‎ Février 2006 (ISSN 1931-8367, lire en ligne)
  5. Doreen Wackeroth, Leila Belkora, « Cross Section » [PDF], High Energy Physics Made Painless, Fermilab Science Education Office (consulté le 13 mars 2009)
  6. (en) Achintya Rao, LHC delivers 5 inverse femtobarns, 14 octobre 2011