L. Scarsi

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.

AN ANALYSIS OF "JETS" INITIATED BY HIGH ENERGY COSMIC RAYS

SummaryA study has been made of the variation of the multiplicity of « jets » with the energy of the primary, deduced from the angular distribution of the secondaries. The analysis has been made both on the hypothesis of pure multiple production, and following the model of Koesler and Mccusker of production in a « tunnel » through the nucleus.RiassuntoÈ stato fatto uno studio sulla variazione della molteplicità dei « jets’ con l’energia del primario dedotta dalla distribuzione angolare dei secondari. L’analisi è stata fatta sia nell’ipotesi della produzione multipla pura, sia seguendo il modello di Roesler e Mccusker della produzione in un « tunnel » attraverso il nucleo.

An analysis of the electron pairs produced in nuclear emulsions by cosmic rays photons

SummaryA comparison has been made between the theory of electron pair production by photons and experimental data, for energies up to 400 MeV. The following points have been analysed: 1) Energy partition between the two members of the pair; 2) Statistical distribution of the momentum transfer to the pair; 3) Distribution of the angle of divergence of the pair.RiassuntoÉ stato fatto un confronto fra la teoria della produzione di coppie di elettroni da parte di fotoni e i dati sperimentali, per energie fino a 400 MeV. Sòno state analizzate le seguenti questioni: 1) la ripartizione dell’energia fra i due elettroni nella coppia; 2) la distribuzione statistica dell’impulso ceduto alla coppia; 3) la distribuzione dell’angolo di divergenza della coppia.

Etude de l’absorption des mésons K- au repos dans 1’émulsion nucléaire

SummaryThe results of the analysis of 391 events of K- absorption at rest in a large emulsion stack exposed to the Berkeley Bevatron are reported. Scanning « along the track » was used, in order to obtain unbiassed frequencies for the various types of particles. A detailed discussion of the identification of charged hyperons is presented. The findings of previous workers on the features of the observed Σ±π∓ pairs, and their respective rates of observation, are confirmed. Three absorptions on free protons were observed. Several examples of fast Σ-hyperons unaccompanied by charged π’s provide direct evidence for two-nucleon absorptions: they account for ~2.5% of the total number of events. Direct production of Λ0-hyperons is inferred from the observation of fast π-mesons; in addition, hyperfragments associated with 3% of the, events indicate production of Λ0’s either directly or via decay or interaction of Σ’s. Among the pions whose sign was recognized (40% of the total), the negative ones were found to be more frequent than the positive by a factor of about 3. Evidence for the nuclear reabsorption of hyperons and pions is provided by the study of the visible energy release associated with the absorptions. Some 60% of the events do not contain charged unstable particles: a fair number (~17%) of these events are accompanied by protons of kinetic energy greater than 60 MeV, a fact which suggests the intervention of two-nucleon reactions.RiassuntoVengono studiati in emulsione fotografica 391 assorbimenti a riposo di mesoni K- prodotti con il Bevatrone di Berkeley. Gli assorbimenti sono stati individuati seguendo la traccia di ciascun mesone K- sino alla sua fine nell’emulsione. L’esame degli eventi così. trovati ha permesso di determinare le frequenze di emissione dagli assorbimenti dei vari tipi di particelle instabili e stabili. Vengono confermati i risultati di precedenti autori sulle caratteristiche delle coppie Σ±π∓, e sulle loro rispettive frequenze di osservazione. Parecchi esempi di iperoni Σ yeloci, non aeeompagnati da pioni carichi, fornisconouna prova diretta dell’esistenza di catture da due nucleoni: il loro numero è ~ 2.5%, del numero totale degli assorbimenti. L’osservazione di pioni di energia superiore a. 100 MeV permette di dedurre la produzione diretta. di iperoni Λ0. Lo studio dell’energia. visibile liberata negli assorbimenti indica che gli iperoni e i pioni possono essere riassorbiti nei nuclei nei quali sono stati prodotti. Fra i pioni il cui segno è stato riconosciuto, i negativi sono risultati più frequenti che i positivi per un fattore ~ 3. H 60%, circa degli assorbimenti non hanno partieelle instabili cariche: tuttavia, un considèrevole numero (~ 17%) di questi eventi sono aeeompagnati da protoni di energia.. cinetica maggiore di 60 MeV; questo fatto suggerisce che il eontributo delle catture> da due nucleoni potrebbe easere importante.

On the Q -value of the Tau-Decay

SummaryTheQ-value of the π-decay has been determined in photographic emulsions, by a procedure which, using the joint information given by ranges and angles of the secondary particles, excludes the need of a givenB-E relation known a priori. The results obtained on a statistics of 45 events is:Q = (74.9 ±0.4) MeV. An empirical expression for theB-E relation for π-mesons valid in the velocity interval 0.27 < Β < 0.67 is obtained: log [(E/mπc2)·103] = 1.649 + 0.566 log Rmm+ 0.010 (log Rmm2. The standard deviation on the energy derived from a given mean range by this relation is 0.5%.RiassuntoIl valore delQ del decadimento π è stato determinato nelle emulsioni nucleari con un procedimento che, sfruttando contemporaneamente gli elementi forniti dai range e dagli angoli delle particelle secondarie rende inutile la preventiva conoscenza di una data relazione R-E. Il risultato ottenuto elaborando una statistica di 45 eventi è:Q = (74.9 ±0.4) MeV. Si ottiene un’espressione empirica per la relazioneR-E pei mesoni π valida nell’intervallo di velocità 0.27 < Β < 0.67: log [(E3mπ) · 103] = 1.649 + + 0.566 log Rmm + 0.010 (logRmm)2. L’errore standard in oui, usando questa relazione, si incorre nel calcolare l’energia a partire da un range medio dato è del 0.5%.

The detection and the measurement of energy of electron cascades in a small lead-plate spark chamber

SummaryThe development of electron showers in a small lead-plate spark chamber has been observed in the energy ranges (0.5/1.45) GreV and (3/8) GeV during exposures at the Saclay and C.E.R.N. protosynchrotrons. The possibility of discrimination between electron showers and nuclear interactions is discussed and an empirical relation between electron shower size and energy is established.RiassuntoSono riportati i risultati di un’analisi dello sviluppo degli sciami prodotti da elettroni in una piccola camera a scintilla a setti di piombo; l’esperienza è stata effettuata con esposizioni ai protosincrotroni di Saclay e del CERN negli intervalli di energia. (0.5/1.45) GeV e (3/8) GeV. Viene discussa la possibilità di discriminazione tra eventi dovuti a sciami elettrofotonici ed eventi dovuti ad interazioni nucleari ed è data una. relazione empirica tra l’energia dell’elettrone primario e le dimensioni dello sciame.

A Study of two branch stars

2385 two-branch stars were found in 37 cm/sup 3/ of emulsion of the stacks No. 3l and No. 9 of the Sardinia fiights l953. 2195 of these stars were investigated and classified. The 195 stars not classified were too steeply dipping to allow even their rough classification in the 6 main classes. All stars in which there was a visible recoil or slow electron were eliminated from the statistics. (auth)