D. Keefe

The interaction of K − -mesons with photographic emulsion nuclei

SummaryThe emission of Σ-hyperons from 3 037 K− capture stars at rest in nuclear emulsion has been studied. The identification of the hyperons is discussed. Charged Σ-hyperons are emitted from (17.6±1.0)% of all K−-stars while (9.6±0.6)% of them lead to the emission of both Σ-hyperons and π-mesons. The Σ−/Σ+ ratio for all stars is 0.86±0.12 while for stars in which a π-meson is also emitted it is 0.45±0.10. The difference between this latter value and the markedly different value (2.0) obtained for K−-interactions at rest in a hydrogen bubble chamber is attributed to the Fermi motion of nucleons in the nucleus, and a dependence of the relative K− transition amplitudes on the energy of relative motion of the K−-meson and nucleon. The branching ratio,R, of the number of Σ+ decays to π+ and proton respectively is 1.23±0.27. The stable prong distribution of the stars in which a hyperon is emitted, as well as the energy distribution of the Σ-hyperons at emission has been studied. About 16% of all identified charged Σ-hyperons had an emission energy above 60 MeV, and had to be attributed to multi-nucleon interactions of the K−-meson. It is estimated that the proportion of all multi-nucleon primary capture prccesses may be as high as (30÷40)%. The interaction of a K−-meson with a pair of neutrons seems to occur rarely, if at all. From the fraction of Σ+ emitting stars which also emit a π−-meson it is concluded that only about 10% of the π−-mesons fail to escape from the nucleus in which capture occurs. This could be understood if K−-capture occurs predominantly in the peripheral region of the nucleus. From a similar study of Σ− emitting stars it is found however that the proportion of π+ or π0-mesons, or both, that are absorbed in the nucleus is much higher. Estimates are made of the mean free path in nuclear matter of Σ-hyperons and π0-mesons. Most of the one-nucleon interactions leading to Σ-hyperon production take place with protons and the transition amplitudes corresponding to theT=1 state of isotopic spin is smaller than theT=0 transition amplitude.RiassuntoÈ stata studiata l’emissione di 3 037 stelle di cattura K− a riposo in emulsione nucleare. Si discute l’identificazione degli iperoni. Il (17.6±1.0)% di tutte le stelle K− emette iperoni Σ carichi mentre il (9.6±0.6)% di esse emettono sia iperoni Σ che mesoni π. Il rapporto Σ−/Σ+ per tutte le stelle è 0.86±0.12, mentre che per le stelle che emettono anche un mesone π è 0.45±0.10. La differenza tra quest’ultimo valore e il valore nettamente differente (2.0) ottenuto per le interazioni K− a riposo in una camera a bolle a idrogeno si attribuisce al moto di Fermi dei nucleoni nel nucleo ed alla dipendenza delle ampiezze relative delle transizioni K− dall’energia del moto relativo del mesone K− e del nucleone. Il rapportoR del numero dei decadimenti Σ+ a quelli π+ e protonici rispettivamente è 1.23±0.27. È stata studiata la distribuzione dei rami stabili delle stelle in cui si emette un iperone, come pure la distribuzione dell’energia degli iperoni Σ all’emissione. Circa il 16% di tutti gli iperoni Σ carichi identificati avevano energia di emissione superiore a 60 MeV ed hanno dovuto essere attribuiti alle interazioni multinucleoniche del mesone K−. Si stima che la proporzione di tutti i processi multinucleonici primari di cattura raggiunga il (30÷40)%. L’interazione di un K− con una coppia di neutroni sembra occorrere, se mai, raramente. Dalla frazione di stelle che emettono Σ+ emettendo anche un mesone π− si conclude che solo circa il 10% dei mesoni π− non abbandonano il nucleo in cui la cattura avviene. Ciò sarebbe comprensibile se la cattura K− avvenisse prevalentemente nelle regioni periferiche del nucleo. Da un simile studio delle stelle che emettono dei Σ− si trova, tuttavia, che la proporzione dei mesoni π+ o π0, o delle due specie, assorbiti nel nucleo è molto maggiore. Si valuta il cammino libero medio degli iperoni Σ e dei mesoni π0 nella materia nucleare. La maggior parte delle interazioni di I nucleone che conducono alla produzione di iperoni Σ avvengono con protoni e le ampiezze di transizione corrispondenti allo statoT=1 dello spin isotopico sono minori dell’ampiezza di transizioneT=0.

The interaction and decay of K- mesons in photographic emulsion - Part I. General characteristics of K--Interactions and analysis of events in which a charged π-meson is emitted

SummaryA total of 3 480 K−-mesons has been observed. Of these 445 interact in flight, at a mean energy of 40 MeV and only their general characteristics have been studied. Little difference has been observed between the number of unstable charged particles (Σ±-hypersons and π±-mesons) in these interactions and those in the 3 035 interactions at rest. The 3 035 K−-interactions at rest have been studied in detail. In this paper (Part I) are given the results on those interactions in which π-mesons are emitted. An estimate of the Σ-hyperon nuclear potential is based on the energy spectrum of π-mesons emitted in the K−-interactions in which the only charged particles emitted are a π-meson and a Σ-hyperon. A detailed examination of the angular distribution of 2-pronged events, and of the sign ratio of the π-mesons, the prong distribution and energy release in all events has led to an estimate of the probabilities of absorption of positive and negative Σ-hyperons in the parent nucleus, and to a partition of the events between the various primary reactions.RiassuntoÈ stato esaminato un totale di 3 480 mesoni K−. Di essi 3 035 interagiscono a riposo, 445 interagiscono in volo con un’energia media di 40 MeV. Delle interazioni in volo sono state studiate solo le caratteristiche generali. Si osserva poca differenza nel numero di particelle instabili (iperoni Σ e mesoni π) emesse nelle interazioni in volo e nelle interazioni a riposo. Le 3 035 interazioni a riposo sono state studiate particolareggiatamente. In questo lavoro (Parte I) sono presentati i risultati relativi alle interazioni nelle quali sono emessi mesoni π carichi. Dallo spettro di energia dei mesoni π emessi nelle interazioni in cui le sole particelle cariche emesse sono un mesone π e un iperone Σ è stata ricavata una stima del potenziale nucleare degli iperoni Σ. Un’analisi particolareggiata della distribuzione angolare delle stelle a due rami, del rapporto dei segni dei mesoni π, della distribuzione del numero di rami delle stelle e dell’energia totale visibile ha condotto a una stima della probabilità di assorbimento degli iperoni Σ positivi e negativi nel nucleo di origine, e a una ripartizione degli eventi tra le varie reazioni primarie.

On the masses and modes of decay of heavy mesons produced by cosmic radiation

SummaryA large emulsion stack, exposed at high altitude, has been used to study the decaymodes of K-particles which produce a single charged secondary. The 5 decay modes, Kμ, χ, ϰ and τ′ have been recognized from the nature and energy of the charged secondary. The masses of the parent particles of the two-body decay modes, Kμ and χ found from the mean range of the charged secondary are (976±7) me and (969±3) me respectively. Independent values derived from measurements of the scattering of the secondary track near the decay point are (954±17) me and (972±15) me respectively. The reliability of these mass values is discussed. An examination of the relative frequency of the decay modes in these experimental conditions indicates that the Kμ-and χ-modes constitute respectively about 67 % and 20 % of all the K-particle decays: the Kβ, ϰ- and τ′-modes being present to about 9 %, 3 %, and 1 % respectively.RiassuntoUn pacco di emulsioni nucleari di grandi dimensioni, esposto ad alta quota alla radiazione cosmica, è stato impiegato per studiare i modi di decadimento delle particelle K che producono un unico secondario carico. I 5 modi di decadimento Kμ, χ, ϰ, Kβ e τ′ sono stati riconosciuti dalla natura ed energia del secondario carico. I valori della massa delle particelle primarie per i modi di decadimento (in due corpi) Kμ e χ, ottenuti dalla misura del percorso del secondario carico sono (976±7) me e (969±3) me rispettivamente; valori indipendenti, dedotti dalla misura della diffusione multipla della traccia dei secondari, nelle vicinanze del punto di decadimento, sono rispettivamente (954±17) me e (972±15) me. Viene discussa l’attendibilità di questi valori. Un esame delle frequenze relative dei vari modi di decadimento nelle condizioni sperimentali della presente ricerca indica che i modi Kμ e χ costituiscono rispettivamente circa il 67 % e il 20 % di tutti i decadimenti di particelle K, il Kβ, ϰ e τ′ sono presenti per circa il 9 %, 3 % e 1 % rispettivamente.

The interaction and decay of K− mesons in photographic emulsion

SummaryThis paper presents Part III of the series on the interaction of K−-mesons in photographic emulsions contributed by the European K-collaboration. The mean free path for K−-interaction in flight (10÷80) MeV with hydrogen and with the complex nuclei in emulsion are compared with other recent experimental data. A number of Σ-hyperons are also investigated. From favourable examples of Σ+-p decay recorded in the emulsion the Σ+ mass is estimated asMΣ=2327.2±1.0 mc and from the hydrogen capture (K−+H) events the mass difference (MΣ--MΣ+) is found to be 14.6±1.1 me. Lifetime estimates are also given for the charged Σ hypersons:a) The best estimate for the Σ+ lifetime is obtained using only events in which the decay proton is emitted forward in the centre-of-mass system. Thus τ+=0.82−0.20+0.34·10−10 s.b) A representative value for the hypothetical Σ− lifetime as determined from 70 selected Σπ± decays is 0.71−0.12+0.19·10−10 s. The effective lifetime appears (as well as can be ascertained) to remain of the order of the Σ;+ lifetime, even in samples containing widely different proportions of Σ− hyperons. Although values are greater than the lifetimes previously reported in emulsion esperiments, it still appears possible that a genuine anomaly may exist. The observed numbers of secondary interactions by charged particles emitted from the K−-capture stars may be accounted for on the basis of proton interactions, although some contribution from deuterons is not excluded. One definite example of a fast Σ interaction (visible energy release 129 MeV) has been found in a length of 70 cm of track registered in the emulsion. The number of single scatterings in 18 cm of Σ− and 25 cm of Σ+ hyperon track in emulsion (energy interval (5÷100) MeV) are compared with that expected for Coulomb scattering by a point nucleus. Only a slight possible indication of the nuclear interaction of the Σ−-hyperon is demonstrated with the few data at present available. In K−-interactions giving (Σ+π) some 45 Σp+ and 47 Σπ+ decays were also examined for possible polarization of the decay with respect to the (Σ, π) plane of production.RiassuntoQuesto lavoro contiene la parte III dello studio sopra l’interazione dei mesoni K− in emulsione fotografica, svolto dall’European K−-Collaboration. Il cammino libero medio per interazione di mesoni K− in volo ((10÷80) MeV) can idrogeno e con i nuclei complessi dell’emulsione viene confrontato con altri recenti dati sperimentali. Da alcuni esempi favorevoli di decadimento Σ+→p la massa dell’iperone Σ+ viene valutata in (2327.2±1) me; da alcuni esempi di cattura a riposo di mesoni K− su idrogeno viene dedotta la differenza di massa tra iperone negativo e iperone positivo (MΣ--MΣ+)= (14.6±1.1) mc. È stata stimata col metodo di Bartlett la vita media degli iperoni carichi:a) la miglior stima per la vita media del Σ+ viene ottenuta usando i soli eventi in cui il protone di decadimento è emesso in avanti nel sistema del centro di massa. Si è ottenuto da 41 eventi τ+=(0.82−0.20+0.34·10−10 s.b)l’n valore indicativo per la vita media di un gruppo di presunti Σ− è stato dedotto da una scelta di 70 decadimenti in volo del tipo Σπ±, ottenendo τ−=(0.71−0.12+0.19)·10−10 s. Nei limiti della statistica e della selezione operata, questo valore di τ− sembra rimanere vicino a quello di τ+, anche in gruppi di eventi che contengono proporzioni di Σ− molto diverse. Per quanto il valore ottenuto sia maggiore di quelli riportati in precedenti lavori in lastre nucleari sembra ancora che possa esistere un’effettiva anomalia. Il numero di interazioni secondarie prodotte da particelle cariche pesanti emesse nella cattura di mesoni K− si giustifica come risultato di interazioni di protoni, con un eventuale contributo da parte di deutoni. Un sicuro esempio di interazione di Σ in volo (energia visibile 129 MeV) è stato individuato su una lunghezza di traccia di iperone di 70 cm. Il numero degli « scattering » singoli su 18 cm di traccia di Σ− e 25 cm di Σ+ (energie comprese tra 5 e 100 MeV) è stato confrontato con le previsioni relative allo « scattering » coulombiano da nucleo puntiforme: gli scarsi dati a disposizione, potrebbero suggerire una debole indicazione a favore dell’interazione nucleare dell’iperone Σ−. Infine, sono stati analizzati in vista di una possibile polarizzazione del decadimento rispetto al piano di produzione della coppia (Σ, π), 45 Σp+ e 47 Σπ+ osservati in interazioni di K− del tipo (Σ, π, 0).

The interactions of positive k-mesons with nuclei in photographic emulsion at energies in the region 0 ÷ 30 MeV

SummaryInteractions of K+-mesons with emulsion nuclei have been observed in a scan of 185 m of track. The analysis yielded, information on scattering reactions K+-p and K+-n and charge-exchange reactions. An energy dependence of the three cross-sections up to 350 MeV was obtained from the collected data of different laboratories working with emulsion technique. The phase-shift analysis in the 300 MeV region shows a contribution ofT=0 state of the same order of magnitude as that ofT=1 state. An interference seems to be present between theP-waves of the two states, depressing the K+-n scattering cross-section and raising the charge-exchange cross-section.RiassuntoSono state analizzate le interazioni relative a 185 m di traccia di mesoni K+ osservati in emulsione nucleare. Si sono ottenute informazioni sulle reazioni di scattering K+-p e K+-n e di cambio carica. Basandosi su tutti i dati in emulsione raccolti nei vari laboratori, si è determinata la dipendenza dell’energia delle 3 sezioni d’urto fino a 350 MeV. L’analisi in fasi mostra che verso i 300 MeV il contributo dello statoT=0 è dello stesso ordine di grandezza di quello dello statoT=1. All’interferenza tra ondeP di questi due stati si può attribuire l’aumento della sezione d’urto di cambio carica e la diminuzione della sezione d’urto di scattering su neutrone.

On the decay modes of interacting and non-interacting K + -mesons

SummaryThe decay modes of K+-mesons which have been inelastically scattered from nuclei in emulsion have been determined and. it is shown that their relative frequencies are consistent with those obtained for K+-mesons which have not undergone nuclear interaction. Measurements were also made on a total of 286 decay events with a singly charged secondary with the object of discovering without detection bias, particles decaying in the rare τ’ and the Kμ3 modes.RiassuntoSi sono determinate i modi di decadimento dei mesoni K+ che hanno subito scattering anelastici in emulsione e si dimostra che le loro frequenze relative sono compatibili con quelle ottenute pei mesoni K+ che non hanno subito interazioni nucleari. Si sono anche eseguite misure su un totale di 286 decadimenti con un secondario semplicemente carico allo scopo di scoprire, senza incorrere in errori d’osservazione, le particelle ehe decadono nei modi rari τ’ e Kμ3.

Preliminary results on nuclear interactions of K+-mesons in the energy region (240÷300) MeV

A total of 144 stars produced by K/sup+/ mesons was found during a track scan of 72 m of heavy meson track length in an emulsion stack exposed to the separated 300-Mev K/sup +/ beam at the Bevatron. A summary of the type of events found is shown. The measured mean free path in emulsion for nuclear interactions is 51 plus or minus 5 cm, and the fraction of charge exchange events among the total is 0.32. No event in which a charged pi meson was created was found. (W.D.M.)

The lifetime of positive heavy mesons

SummaryOver two hundred examples of the decay in flight of positive heavy mesons produced at the Bevatron have been observed in the photographic emulsions, and from these the lifetime of the particles has been estimated. The lifetime averaged over all modes of decay is found to be 1.35−0.13+0.16 s. The effect of experimental biases is discussed, and the final result is compared with that of other authors.RiassuntoSono stati osservati, in lastre nucleari. oltre 200 decadimenti in volo di K−, prodotti al bevatrone. A partire da questi eventi si è valutata la vita media per i K+ (media per tutti i modi di decadimento) e per i soli KL. La vita media è risultata, rispettivamente 1.35−0.13+0.16·10−8 e 1.27−0.12+0.14·10−8 s. Nel presente lavoro si discutono gli effetti di eventuali errori sistematici e viene confrontato il presente risultato con quello di altri Autori.

Preliminary results on the interactions in photographic emulsion of K−-mesons at 1.15 GeV/c

A stack of 100 stripped emulsions were expcsed to a separated 1.15-bev/c K/sup -/ beam, 1/3 of the exposure time in the direct beam and the remainder behind a 15-in. H/sub 2/ bubble chamber. The results of track and area scanning are given, and their implications for the beam composition and mean free paths of K/sup -/ are discussed. (D.L.C.)