Barni

Barni (, tunnus b) on hyvin pieni pinta-alan yksikkö, jota käytetään tehollisen poikkipinta-alan ja vaikutusalan yksikkönä ydinfysiikassa. Yksi barni on 10–28 neliömetriä. 

Yksi barni vastaa suunnilleen uraaniatomin ytimen poikkipinta-alaa. Sitä käytettiin alun perin ydinreaktioiden vaikutusalan yksikkönä, mutta nykyisin myös hiukkasfysiikassa kaikkien sirontaprosessien vaikutusalojen yhteydessä. Vaikka barni ei ole SI-järjestelmän mukainen yksikkö, mittayksikköjä koskeva kansainvälinen standardi ja myös Suomessa voimassa oleva mittayksikköasetus hyväksyvät sen.

Kerrannaiset 

Barnin ohella käytetään myös seuraavia siitä johdettuja, SI-etuliitteiden avulla muodostettuja kerrannaisyksiköitä:

Muita yksiköitä

Laskettujen poikkipinta-alojen yksikkönä käytetään usein myös luonnonvakioista johdettua yksikköä ħ2c2/GeV2, joka on suunnilleen 0,3894 mb. Tämä on yksi niin sanotuista luonnollisesti motivoiduista yksiköistä, samalla kun täysin luonnolliset yksiköt (vrt. Plankin yksiköt) lähtevät gigaelektronivoltin asemesta elektronin massasta ja hienorakennevakiosta.

Barnin tapaan efektiivinen poikkipinta-ala vaihtelee laajalti törmäävien hiukkasten laadusta ja tilasta riippuen. Se esimerkiksi on voimakkaasti eroava termalisoiduille ja nopeille neutroneille, ydinreaktorissa, suhteessa eri uraaniatomeihin. Niinpä barni ja sen johdokset ovat varsin selvästi empiirisiä yksiköitä.

Hiukkaskiihdyttimissä on usein tärkeää hiukkasten yksittäisten törmäysten energiatason lisäksi tietää kuinka paljon törmäyksiä tapahtuu tietyssä ajassa tai suhteessa kokonaistörmäilyyn. Tilastollista analyysia varten on myös tarpeellista laskea kuinka paljon törmäyksiä on kokonaisuudessaan tapahtunut, kiihdyttimen olemassaolon aikana. Näissä laskuissa yleisesti käytetään femtobarnin käsitettä, joka on kymmenen potenssiin miinus viisitoistas osa barnista; siis tuhannesosa miljoonasosan miljoonasosasta barnista, tai noin kymmenen potenssiin miinus 43 neliömetriä.

Varsinkin käänteisen femtobarnin käsitettä käytetään yleisesti. Se tarkoittaa törmäysten määrää per femtobarni, ja sillä mitataan kiihdyttimen luminositeettia. Jos törmäytettävää ainetta on tietty määrä, kertomalla se luminositeetilla saadaan keskimääräinen lukumäärä todellisia törmäyksiä kiihdyttimessä. Samalla hämäävästi käänteistä femtobarnia käytetään myös integroidun luminositeetin mittarina: kun se mittaa hetkittäin tapahtuvien törmäysten määrää per sekunti, integroiden se yli ajan se mittaa myös kaikkien tapahtuneiden törmäysten kokonaismäärää. 

LHC:ssä jälkimmäinen mittari tavoitti vuonna 2017 n. 10,000,000,000,000,000 (10,000 biljoonaa, 0,01 triljoonaa) törmäystä, eli 100 (integroitua) käänteisfemtobarnia.

Alkuperä

Yksikön nimi barni johtuu englannin kielen latoa tarkoittavasta sanasta barn. Kun fyysikot toisen maailmansodan aikana suunnittelivat atomipommia, eräät Purduen yliopiston tutkijat, jotka tutkivat neutronien sirontaa uraaniatomin ytimestä, kuvailivat tätä ydintä muihin ytimiin verrattuna ”suureksi kuin lato” (). Tämän vuoksi projektiin osallistuneet fyysikot alkoivat käyttää tätä sanaa (barn) tarkoittamaan 10-24 neliösenttimetrin suuruista yksikköä, joka vastasi suunnilleen uraaniytimen poikkipinta-alaa. Koska projekti oli erittäin salainen, sanalla oli aluksi myös peiteilmaisun luonne, jolla silläkin pyrittiin salaamaan ulkopuolisilta, mitä oli tekeillä. Myöhemmin siitä kuitenkin tuli virallisesti hyväksytty mittayksikön nimi.

On myös arveltu, että termin etymologialla olisi jotakin tekemistä sanonnan "to (not) hit the (broad) side of a barn" kanssa. Tuo viittaa englannin kielen idiomissa siihen, ettei osuta edes haulikolla ladonseinään, eli ollaan "aivan pihalla". Sanonta kuvaa erinomaisesti sitä hämmennystä ja kokeiden vaikeutta, josta atomiytimen malli aikanaan alkoi hahmottua. Myös sitä että kokeet todella ampuivat hiukkasia toisiaan vastaan melko hallitsemattomasti.

Lähteet

Aiheesta muualla
IUPAC citation for this usage of "barn" 

Pinta-alayksiköt
Ydinfysiikka