A. Placci

Observation of muonic X-rays in helium gas and measurement of the two-photon decay rate of the 2s metastable state

SummaryWe have measured the yield of theK andL lines of the muonic helium system stopping negative muons in a gaseous helium target (7 atm, 293 °K). We have also observed the two-photon decay of the ionie metastable 2s state and we found that this system is formed in (3.4 ± 0.7)% of the stopped muons.RiassuntoAbbiamo misurato le intensità delle lineeK edL del sistema muonico eccitato (μHe) fermando muoni negativi in elio gassoso (7 atm, 293 °K). Abbiamo anche osservato il decadimento, via due fotoni, del sistema ionico metastabile (μHe)2s+ ed è stato trovato che questo si forma nel (3.4 ± 0.7)% dei casi in cui un muone è fermato.РеэюмеМы иэмерили интенсивностьK- иL-линий системы меэоатомов гелия, обраэуюшихся при остановке отрицательных мюонов в мищени гаэообраэного гелия (при давлении 7 атмосферы и температуре 293 °К). Мы также наблюдали двух-фотонный распад метастабильного 2s состояния иона меэоатома гелия (μНе)+ и обнаружили, что зта система обраэуется в (3.4 ± 0.7)% случаев остановки мюонов.

Experimental study on the (μ4He)2S+ metastable system in helium gas

SummaryWe report the results of an experimental investigation on the properties of the (μ4He)2S+ metastable muonic system, which was performed stopping negative muons in a pure helium target at pressures ranging from 10 to 50 atm, and observing the total yield and the differential time distribution of the X-rays released in delayed coincidence with the arrival of muons. At each pressureP, information was obtained on the following quantities:a) the total disappearance rate λ2S,tot(P) of the (μ4He)2S+system,b) the disappearance rates λA(P) and λSt(itP) of the (μ4He)2S+ system for external Auger effect and Stark-mixing collisions,c) the fractionε2S of muons stopped in helium which form the (μ4He)2S+ system. The results obtained on λ2S,tot(P) are in agreement with the results of a cascade calculation, which was performed requiring consistency with previous experimental results; the present measurements show that the variation ofε2S(P) with pressure in the range (7÷50) atm is small. Good agreement was found between the values for the two-quantum decay rate λ2X of the (μ4He)2S+ system derived from the present data and the theoretical predictions. The results obtained on λ2S,tot(P), instead, are somewhat in conflict with the results of a recent calculation on λ2St(P). The possible reasons of such disagreement are discussed, referring to possible clustering effects of the helium atoms around the (μHe+ ion.RiassuntoPresentiamo i risultati di un esperimento sulle proprietà del sistema muonico metastabile (μHe)2S+. Lesperimento è stato condotto fermando muoni negativi in un bersaglio di elio puro a pressioni comprese fra 10 e 50 atmosfere, ed osservando il numero totale e la distribuzione temporale dei raggi X emessi in coincidenza ritardata rispetto allarrivo dei muoni. Ad ogni pressioneP, si sono ottenute informazioni sulle seguenti quantità:a) la velocità totale di decadimento λ2S,tot(P) del sistema (μHe)2SEmphasis>+;b) le velocità di decadimento λA(P) e λSt(P) del sistema (μHe)2S+ per effetto Auger esterno e per urti che provochino mescolamento Stark,c) la frazione ε2S(P) di muoni fermati in elio che formano il sistema (μHe)2S+. I risultati ottenuti suε2S(P) sono in accordo con i risultati di un calcolo sul processo di cascata elettromagnetica, che è stato ottenuto richiedendo consistenza con risultati sperimentali precedenti. Le presenti misure mostrano che la variazione diε2S(P) con la pressione nellintervallo (7÷50) atm è piccola. Si è trovato un buon accordo fra i valori della velocità λ2X di decadimento del sistema (μHe)2S+ mediante emissione di due fotoni derivati dai dati presenti e le previsioni teoriche. I risultati ottenuti per λ2S,tot(P), invece, sono in disaccordo con i risultati di una recente stima di λ2St(P). Le possibili regioni di tale disaccordo sono discusse, riferendole a possibili effetti diclustering degli atomi di elio attorno allo ione (μHe)2S+.

Measurement of the 2S1/2–2P3/2 level splitting in muonic helium: A test of quantum electrodynamics predictions on electronic vacuum polarization

SummaryThe results of a measurement of the 2S1/2-2P3/2 energy difference in the (μ4He) muonic system are presented. Full account of the experimental method as well as an up-to-date review of the pertaining theoretical predictions are given. The obtained results show a good agreement with QED predictions; the electronic vacuum polarization term of order α is checked with a relative accuracy of 5·10−3.RiassuntoSi presenta il risultato di una misura della differenza di energia tra i livelli 2S1/2 e 2P3/2 nel sistema muonico (μ4He). Si discute in dettaglio il metodo sperimentale e si riporta una rassegna delle previsioni teoriche. Il risultato ottenuto è in buon accordo con le predizioni dell’elettrodinamica quantistica; in particolare esso permette di verificare con una precisione relativa del 5‰ il contributo della polarizzazione di vuoto elettronica all’ordine α.РезюмеПриводятся результаты измерения разности энергии для 2S1/2-2P3/2 в мюонной системе (μ4He). Подробно обсуждается экспериментальная методика и предлагается обзор теоретических предсказаний. Полученные результаты обнаруживают хорошее согласие с предсказаниqqjми квантовой электродинамики. В частности, проводится проверка вклада в поляризацию электронногоам вакуу от члена порядка α с относительной точностью 5·10−3.

Preliminary Experimental Results on the Energy Difference Between the 2S1/2 and 2P3/2 Levels of the (μ4He)+ System

Since 1972 a pioneer experimental set-up was built, and successively used at CERN,1) in order to perform a precise measurement of the energy difference S1 between the 2S1/2 and 2P3/2 levels 2–4) of the helium muonic ion (μ4He)+. We report here on the present status of the experiment, giving preliminary results on S1.