M. Grilli

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.

A probable example of the reaction: π−+p=K++K−+n

SummaryAn event is described in which a fast singly charged particle, produces a star from which the only charged particles emitted are a negative K-meson and another particle of ∼ 1000 electronic masses. The interest of the event is due to the fact that this is the first case in which a mechanism of creation of a negative K-meson can be specified with a good degree of reliability. The event is shown to be in agreement with the selection rules resulting from associated production ideas.RiassuntoSi descrive un evento nel quale una particella energica con carica unitaria produce una stella dalla quale i soli prodotti di disintegrazione carichi uscenti sono un mesone K negativo ed un’altra particella di circa 1 000 masse elettroniche. L’interesse dell’evento sta nel fatto che esso è il primo caso in cui si può specificare un meccanismo di creazione del mesone K negativo con un notevole grado di attendibilità. L’evento risulta in accordo colle regole di selezione derivanti dalle idee relative alla produzione associata.

AN UNSTABLE FRAGMENT PRODUCED ON THE NUCLEAR CAPTURE OF A HYPERON

SummaryAn event is described which consists in a slow singly charged particle of superprotonic mass, coming to rest in the emulsion and giving rise to an excited fragment and no other visible secondary; after a range of 46 µm, the fragment disintegrates into a proton of 110 MeV and a singly charged particle with a range of 300 µm, which may be either a proton or a deuteron. The event is consistent with the assumption that a negative hyperon captured by a nucleus interacts according to reaction: Σ− + P → A0 + N, the A0 remaining bound into an unstable nuclear fragment. All other hyperon capture events known up to now are discussed in order to see if they could be interpreted as being due to the same reaction.RiassuntoViene descritto un evento consistente in una particella lenta di carica unitaria e di massa superprotonica che si ferma in emulsione e dà luogo ad un frammento eccitato senza altri secondari visibili; tale frammento dopo un range di 46 µm, si disintegra dando luogo ad un protone di 110 MeV ed una traccia di carica unitaria con range di 300 µm che potrebbe essere tanto un protone come un deutone. L’evento si può interpretare come un iperone negativo che catturato da un nucleo dell’emulsione interagisce secondo la reazione: Σ− + P → A0 + N, il A0 prodotto rimanendo rinchiuso in un frammento instabile. Tutti gli altri eventi interpretati come catture di iperoni noti fino ad oggi vengono discussi per vedere se possono pure essere spiegati in base alla reazione precedente.

Analysis of inelastic interactions of K+-mesons with emulsion nuclei (40 ÷ 150 MeV)

Summary212.5 m of K+ track have been followed in an unbiassed way in the energy interval from 40 to 150 MeV. The events found have been classified as follows: 1) 8 K-H interactions; 2) 184 inelastic scatterings (excluding the charge exchange); 3) 23 charge exchange. All these events have been divided into four energy intervals (see Table IV). In the present work, data on the K+-nucleus and K+-nucleon inelastic interactions have been given. For the K+-nucleus interactions we give: (i) The variation of the total cross-section with the primary energy; (ii) The angular and energy loss distributions and their correlation; (iii) Further support for a nuclear repulsive potential. Starting from the inelastic events, an analysis has been made to find the elementary K-nucleon cross sections. Table VI summarizes the procedure followed in this analysis. The peculiar feature of the analysis consists in taking into account the correlation between the angular and energy loss distributions. We have chosen with a maximum likelihood method the angular distribution in the centre of mass system which reproduces the observed distributions for inelastic events. Particular care was taken to ensure that the separation between elastic and inelastic events would not alter the essential results of the analysis. We have also made some tests on the internal consistence of our analysis. The total and angular K-free nucleon and K-free neutron cross-sections (for scattering as well as for charge exchange) have been deduced with this analysis. Our values for elementary cross-sections have been compared with those estimated by other authors. Finally, we have evaluated the scattering amplitudes and the relative weight of theT = 1 andT = 0 states.RiassuntoSono stati osservati 212.5 m di traccia di K+ nell’intervallo energetico 40 ÷ 150 MeV. Sono riportati i seguenti dati: 1) Collisioni K+-idrogeno. 2) Sezione d’urto totale per collisioni anelastiche e per scambio carica. 3) Sezione d’urto angolare nel sistema del laboratorio tra 80 e 150 MeV. 4) Correlazione tra l’angolo di scattering e la perdita di energia, e tra quest’ultima e l’energia primaria. 5) Valore più attendibile del potenziale nucleare. Con questi dati è stata condotta un’analisi per ottenere la sezione d’urto totale K+-nucleone, e la sezione d’urto differenziale nel centro di massa. In particolare, si è ricavata la sezione d’urto K+-neutrone libero per scattering e quella per scambio carica. Sono state infine valutate le ampiezze di scattering relative ai due stati isotopiciT = 1 eT = 0 nell’ipotesi che vi siano solo contributi delle ondeS eP. Lo schema logico della nostra analisi è riportato nella Tab. VI.

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.