T. Kitamura

Multiple-pion production by high-energy muons

SummaryBy the use of two cloud chambers containing lead plates and iron plates, we observed 133 events of the penetrating showers produced by muons in the energy range from about 10 GeV to a few hundreds of GeV. The behaviours of the penetrating showers by muons were studied by comparing those estimated from the Heitler expression, the Kessler-Kessler expression and the DKMN expression which recently has been proposed by Daitasuet al. The crosssection for production of the showers at a depth of 50 m w.e. underground (from the top of the atmosphere) was found to be (2.58+-0.30)·10-31 cm2/nucleon for lead plates. This value leads to the photonuclear interaction cross-section αhv of (1.4+-0.25· 10-28 cm2/nucleon for the Heitler expression (1.8±0.3) · 10-29 cm2/nucleon for the K.K. expression and (3.8±0.65) · 10-29cm2/nucleon and (8.0±1.3) · 10-29 cm2/nucleon for the DKMN expressions obtained under the assumptions of a pointcharge nucleon and of a finite-size nucleon respectively. The observed energy spectrum transferred to showers and the observed distribution of the deflection angles of their muons were compared with those which were expected from various theories. By comparison, we found that the transferred energy spectrum is explained by the DKMN expression for a finite size nucleon, whereas the observed angular distribution fits the DKMN expression for a point-charge nucleon. In order to understand the results, four-dimensional momentum transfer values of showers were estimated and an existence of about 10% corelike interactions was discussed.RiasstuntoSi sono osservati con l’uso di due camere contenenti lastre di piombo e di ferro 133 eventi degli sciami penetranti prodotti da muoni nell’intervallo di energia da circa 10 GeV ad alcune centinaia di GeV. Si sono studiati i comportamenti degli sciami penetranti dei muoni paragonando quelli calcolati con l’espressione di Heitler, l’espressione di Kessler-Kessler e l’espressione DKMN che è stata recentemente proposta da Dayasu e altri. Si è trovato che la sezione d’urto per la produzione degli sciami a una profondità di 50 metri di acqua equivalente sotto terra (partendo dalla sommità dell’atmosfera) è (2.58±0.30).1031 cm2/nuoleone per lastre di piombo. Questo valore porta alla sezione d’urto di interazione fotonucleare αhv di (1.4±0.25) · 10-28 cm2/nucleone per l’espressione di Heitler, (1.8±0.3) · 10-29 cm2/nuoleone per l’espressione di K.K. e (3.8±0.65) · 10-29 cm2/nucleone e (8.0± 1.3) · 10-29 cm2/nucleone per le espressioni DKM ottenute sotto l’ipotesi di un nucleone di carioa puntiforme e di un nucleone di dimensioni finite. Lo spettro energetico osservato trasferito agli sciami e la distribuzione osservata degli angoli di deflessione dei loro muoni sono stati paragonati con quelli predetti dalle varie teorie. Per confronte, si è trovato che lo spettro dell’energia trasferita si spiega attraverso l’espressione DKMN con un nucleone di dimensioni finite, mentre la distribuzione angolare osservata si spiega attraverso l’espressione DKMN con un nucleone di carica puntiforme. Per chiarire i risultati, si sono calcolati valori per il momento quadridimensionale degli sciami trasferito, e si è discussa una possibile esistenza di circa 1 10% di interazioni di tipo nucleare.

Cosmic-ray intensities under sea-water at depths down to 1400 m

SummaryThere is a disagreement between the muon energy spectrum observed at seal-level and the one evaluated from the depth-intensity relation of cosmic rays below ground by using the theoretical expression for energy loss of the muon traversing the rock. As the cause of this fact, one can point out following two reasons: uncertainties in the determination of the compositions of the rocks or imperfection of the theoretical expression for energy loss. To decide this point, the cosmic-ray intensities have been measured at various depths up to 1380 m in the ocean where the composition of the water is well known and the uniformity is well certified. The observed result is in excellent agreement with the sea-level energy spectrum in the corresponding energy region, the current energy loss formula being taken into account. From this fact, it is pointed out that the previous observations of range spectra underground suffered from ambiguities due to uncertainties in the composition of the rocks.RiassuntoC’è disaccordo fra lo spettro d’energia dei muoni osservato al livello del mare e quello valutato dalla relazione profondità-intensità dei raggi cosmici sotto terra usando l’espressione teorica per la perdita d’energia dei muoni nell’attraversare la roccia. Come causa di questo fatto si possono indicare due ragioni: incertezza nella determinazione delle composizioni delle rocce o imperfezioni nell’espressione teorica della perdita di energia. Per decidere su questo punto si sono misurate le intensità dei raggi cosmici a varie profondità sino a 1380 metri nell’oceano dove la composizione dell’acqua è ben nota e l’uniformità è ben certa. Il risultato ottenuto è in eccellente accordo con lo spettro d’energia al livello del mare nel corrispondente intervallo di energia, tenendo conto della corrente formula per la perdita d’energia. In base a questo fatto si rileva che le precedenti osservazioni degli spettri d’energia sotto terra subiscono le ambiguità dovute alle incertezze nella composizione delle rocce.

The presence of one-fireball-like behaviour in multiple particle productions by muons

Summary49 selected events from 133 muon-nucleon interactions in the energy range from of 10 to 100 GeV have been obtained by the underground group of the Osaka City University by means of large cloud chambers; the emulsion group of the University has also observed more than 200 events of pion production in nuclear emulsion bombarded with the 5 GeV/c muon beam from the Brookhaven accelerator. In the present paper we shall try to show that a large part of the cloud chamber data with more than two particles is consistent with the predictions of the one-fireball model in which a fireball may be emitted in the centre-of-mass system at a large angle from the incident-muon axis, whereas the emulsion data at 5 GeV/c are dominated by contributions from isobars.RiassuntoIl Gruppo Sotterraneo dell’Università di Osaka ha ottenuto per mezzo di grandi camere a nebbia 49 eventi scelti fra 133 interazioni muone-nucleone nell’intervallo di energia da 10 e 100 GeV; il Gruppo delle Emulsioni dell’Università ha osservato più di 200 eventi di produzione di pioni in emulsioni nucleari bombardate con il fascio di muoni di 5 GeV/c dell’acceleratore di Brookhaven. In questo articolo si cerca di mostrare che una gran parte dei dati delle camere a nebbia con molteplicità maggiore di 2 concorda con le predizioni del modello di un «fireball», in cui il «fireball» può essere emesso nel sistema del centro di massa con un grande angolo rispetto all’asse di incidenza del muone, mentre i dati delle emulsioni a 5 GeV/c sono dominati dai contributi degli isobari.РеэюмеГруппой подэемных исследований в Университете Осака, испольэуя больщие камеры Вильсона, были отобраны 49 событий иэ 133 событий мюон-нуклонных вэаимодействий в области знергий от 10 до 100 ГзВ. Кроме того, университетская группа, эанимаюшаяся исследованиями в змульсиях, обнаружила 200 событий пионных рождений в ядерной змульсии, которая облучалась мюонным пучком 5 ГзВ/с от Брукхевенского ускорителя. В зтой работе мы пытаемся покаэать, что больщая часть данных, полученных с помошью камер Вильсона, с множественностью частиц больще двух согласуется с предскаэаниями модели одного файрбола, в которой файрбол жожет испускаться под больщим углом к направлению падаюшего мюона в системе центра масс, тогда как змульсионные данные при 5 ГзВ/с укаэывают, что доминируюшими являются вклады от иэобар.

Extraordinary high-energy nuclear interactions of μ-mesons

SummaryAn observation on penetrating showers produced by highenergy μ-mesons was done at 50 m w.e. underground by the use of two large multiplate cloud chambers. In the course of the analysis, we found out one large nuclear shower whose energy transferred from μ-meson seems to be larger than 300 GeV. The occurrence of this event would be very large compared with the conventionally expected one.RiassuntoCon l’uso di due grandi camere a nebbia con molte piastre abbiamo eseguito osservazioni sotterranee a 50 m a.e. di due soiami penetranti prodotti da mesoni μ di energia elevata. Nel corso dell’analisi abbiamo trovato un grande soiame nucleare la oui energia trasferita dai mesoni μ sembra maggiore di 300 GeV. La frequenza di questo evento sembrerebbe molto grande in confronto con quella convenzionalmente attesa.

The high-energy muon flux at sea level obtained from an observation of the burst-size spectrum

SummaryThe cosmic-ray bursts of about 11 000 events have been measured at 20 m w.e. underground for an observation time of 2958.7 h by means of scintillators with the very large area of 8 m2. Following the usualChristy andKusaka’s analysis, a burst-size spectrum can give an energy spectrum of muons. From this series of experiments it is concluded that the obtained muon energy spectrum at incidences with zenith angles larger than 70 degrees is consistent with the one calculated byAllen andApostolakis and that the energy spectrum at vertical direction is given up to 4000 GeV. The latter is compared with the energy spectrum obtained by a simple extrapolation of observed momentum spectrum byHaymanet al. using the magnetic spectrograph and with the energy spectrum calculated from the energy spectrum of γ-rays in the high atmosphere. Also, the interrelation of the burst-size spectrum and the range-spectrum of muons underground is discussed.RiassuntoSi sono misurate le esplosioni di raggi cosmici di circa 11 000 eventi a 20 m a.e. sottoterra per una durata di osservazione di 2958.7 h con scintillatori aventi l’ampissima superficie di 8 m2. Secondo la usuale analisi diChristy eKusaka, uno spettro delle esplosioni può dare lo spettro d’energia dei muoni. Da questa serie di esperimenti si è concluso che lo spettro d’energia dei muoni ottenuto per incidenze con angoli zenitali maggiori di 70 gradi concorda con quello calcolato daAllen eApostolakis e che lo spettro d’energia in direzione verticale è dato sino a 4000 GeV. Quest’ultimo è stato confrontato con lo spettro dell’energia ottenuto con una semplice estrapolazione dello spettro degli impulsi osservato daHaymanet al. usando lo spettrografo magnetico e con lo spettro dell’energia calcolato dallo spettro dell’energia dei raggi γ nell’alta atmosfera. Si discute anche la correlazione fra lo spettro delle dimensioni delle esplosioni e lo spettro dei percorsi dei muoni nel sottosuolo.

The Non-Indication of the "Anomalous" Scattering of Mu-Mesons

A study of mu meson scattering was performed by means of an apparatus capable of selecting only muons, their momenta being determined by a thick absorber and a delayed coincidence method within a narrow range of scattered muons was found to be in good agreement with the Coulomb scattering theory for extended nuclei obtained by Cooper and Rainwater. (W.D.M.)