Barn

Das Barn b (engl. für ‚Scheune‘) ist eine Maßeinheit der Fläche, die zur Angabe von Wirkungsquerschnitten in der Atom-, Kern- und Teilchenphysik verwendet wird.

Physikalische Einheit
Einheitenname	Barn
Einheitenzeichen	$\mathrm {b}$
Physikalische Größe(n)	Wirkungsquerschnitt
Formelzeichen	$\sigma$
Dimension	${\mathsf {L^{2}}}$
In SI-Einheiten	$\mathrm {1\;b=10^{-28}\;m^{2}}$
Benannt nach	englisch Barn, „Scheune“
Abgeleitet von	Quadratmeter

Das Barn ist keine SI-Einheit.[1] Es ist in den Staaten der EU[2] und in der Schweiz[3] eine gesetzliche Einheit für die Angabe von Wirkungsquerschnitten, also keine allgemeingültige Flächenmaßeinheit.

Ein Barn liegt in der Größenordnung des geometrischen Querschnitts schwerer Atomkerne wie etwa Uran. Die Definition ist:

1 b = 10⁻²⁴ cm² = 10⁻²⁸ m² = 100 fm².

Übliche dezimale Teile

Kleine Wirkungsquerschnitte werden in Millibarn (mb), Mikrobarn (µb), Nanobarn (nb) oder Pikobarn (pb) angegeben. Beispielsweise ist

1 pb = 10⁻¹² b = 10⁻⁴⁰ m².

Shed

Die Einheit Shed[4] (engl. für ‚Schuppen‘) war zur Beschreibung sehr kleiner Wirkungsquerschnitte, vor allem von Neutrino-Reaktionen, gedacht, konnte sich aber nie richtig durchsetzen. Es gilt

1 shed = 10⁻²⁴ b = 10⁻⁵² m².

Inverse Barn

Bei Experimenten mit kollidierenden Teilchenstrahlen verwendet man als Maß für die über die Zeit aufsummierte (integrierte) Luminosität ${\textstyle \int L\,\mathrm {d} t}$ oft den Kehrwert der Einheit, insbesondere inverse Pikobarn und inverse Femtobarn:

\mathrm {1\;pb^{-1}=10^{36}\;cm^{-2}} \,

,

\mathrm {1\;fb^{-1}=10^{39}\;cm^{-2}} \,

.

Wortherkunft

Die Bezeichnung barn für die bereits übliche Wirkungsquerschnitt-Einheit 10⁻²⁴ cm² wurde im Dezember 1942 von zwei Wissenschaftlern der Purdue University eingeführt, die an der US-amerikanischen Kernwaffenentwicklung (Manhattan-Projekt) mitwirkten. Dabei spielte es eine Rolle, dass ein Wirkungsquerschnitt dieser Größe für Kernreaktionen “as big as a barn” (deutsch: „groß wie ein Scheunentor“) erschien.[5]

Einzelnachweise

Das Internationale Einheitensystem (SI). Deutsche Übersetzung der BIPM-Broschüre „Le Système international d‘unités/The International System of Units (8e edition, 2006)“. In: PTB-Mitteilungen. Band 117, Nr. 2, 2007, S. 156 (hs-heilbronn.de [PDF; 1,4 MB]). Online-Version (PDF; 1,4 MB) (Memento vom 4. März 2016 im Internet Archive)
Richtlinie 80/181/EWG (PDF)
Einheitenverordnung
Nuclear Glossary
M. G. Holloway, C. P. Baker: How the barn was born. In: Physics Today, Juli 1972

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[1] Das Internationale Einheitensystem (SI). Deutsche Übersetzung der BIPM-Broschüre „Le Système international d‘unités/The International System of Units (8e edition, 2006)“. In: PTB-Mitteilungen. Band 117, Nr. 2, 2007, S. 156 (hs-heilbronn.de [PDF; 1,4 MB]). Online-Version (PDF; 1,4 MB) (Memento vom 4. März 2016 im Internet Archive)

[2] Richtlinie 80/181/EWG (PDF)

[3] Einheitenverordnung

[4] Nuclear Glossary

[5] M. G. Holloway, C. P. Baker: How the barn was born. In: Physics Today, Juli 1972