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Barn

unité d'aire employée spécialement en physique nucléaire et en physique des particules

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

Cette unité se situe en dehors du Système international[1].

Sa valeur est de 1 × 10−28 m2 soit 1 × 10−24 cm2.

Cette unité est du même ordre de grandeur que la section géométrique du noyau d'un atome, le rayon du proton[2] étant de 0,841 84 × 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 cents 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.

OrigineModifier

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[a].

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[5],[6].

Conversion vers le Système international d'unitésModifier

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

LuminositéModifier

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 inverses de données[7].

Notes et référencesModifier

NotesModifier

  1. Le mot barn est en l'occurrence un oxymore faisant référence à l'expression populaire He couldn't hit a barn-door (littéralement « Il n'atteindrait pas une porte de grange », l'équivalent de « Il raterait un éléphant dans un couloir »)[3], pour dire qu'en physique nucléaire un barn est une grande section efficace[4]. Le choix de barn s'est fait au cours d'une discussion lors d'un dîner entre participants du projet Manhattan en 1942[4].

RéférencesModifier

  1. « Tableau 8. Autres unités en dehors du SI », brochure du SI (8e édition), BIPM, (consulté le 20 juin 2018).
  2. (en) Randolf Pohl et al., « The size of the proton », Nature, vol. 466,‎ , p. 213-216 (ISSN 0028-0836, DOI 10.1038/nature09250).
  3. P. Bertran, « Etymologie des noms d'unités », sur Direction générale des entreprises (consulté le 23 décembre 2018).
  4. a et b (en) « Hitting the broad side of a (classified) barn » (consulté le 24 décembre 2018).
  5. Mike Perricone, « Signal to Background », Symmetry, vol. 03, no 01,‎ (ISSN 1931-8367, lire en ligne).
  6. Doreen Wackeroth, Leila Belkora, « Cross Section » [PDF], High Energy Physics Made Painless, Fermilab Science Education Office (consulté le 13 mars 2009).
  7. (en) Achintya Rao, LHC delivers 5 inverse femtobarns, 14 octobre 2011.