π-p interactions at 1.59 GeV/c

Summary

Report on the investigation of interactions in π⁻p collisions at a pion momentum of 1.59 GeV/c, by means of the 50 cm Saclay liquid hydrogen bubble chamber, operating in a magnetic field of 17.5 kG. The results obtained concern essentially the elastic scattering and the inelastic scattering accompanied by the production of either a single pion in π⁻p→ pπ⁻π⁰ and nπ⁻π⁺ interactions, or by more than one pion in four-prong events. The observed angular distribution for the elastic scattering in the diffraction region, can be approximated by an exponential law. From the extrapolated value, thus obtained for the forward scattering, one gets σ_el= (9.65±0.30) mb. Effective mass spectra of π⁻π⁰ and π⁻π⁺ dipions are given in case of one-pion production. Each of them exhibits the corresponding ρ⁻ or ρ⁰ resonances in the region of ∼ 29μ² (μ = mass of the charged pion). The ρ peaks are particularly conspicuous for low momentum transfer (Δ²) events. The ρ⁰ distribution presents a secondary peak at ∼31μ² due probably to the ω⁰ → π⁻π⁺ process. The branching ratio (ω⁰→ π⁺π⁻)/(ω⁰→ π⁺π^{− 0}) is estimated to be ∼ 7%. The results are fairly well interpreted in the frame of the peripheral interaction according to the one-pion exchange (OPE) model, Up to values of Δ²/μ²∼10. In particular, the ratio ρ⁻/ρ⁰ is of the order of 0.5, as predicted by this model. Furthermore, the distribution of the Treiman-Yang angle is compatible with an isotropic one inside the ρ. peak. The distribution of$\sigma _{\pi ^ + \pi ^ - }$, as calculated by the use of the Chew-Low formula assumed to be valid in the physical region of Δ², gives a maximum which is appreciably lower than the value of$12\pi \tilde \lambda ^2 = 120 mb$ expected for a resonant elastic ππ scattering in a J=1 state at the peak of the ρ. However, a correcting factor to the Chew-Low formula, introduced by Selleri, gives a fairly good agreement with the expected value. Another distribution, namely the Δ² distribution, at least for Δ² < 10 μ², agrees quite well with the peripheral character of the interaction involving the ρ resonance. π⁻ angular distributions in the rest frame of the ρ exhibit a different behaviour for the ρ⁻ and for the ρ⁰. Whereas the first one is symmetrical, as was already reported in a previous paper, the latter shows a clear forward π⁻ asymmetry. The main features of the four-prong results are: 1) the occurrence of the 3/2 3/2 (ρπ⁺) isobar in π⁻p → pπ⁺π⁻π⁻ events and 2) the possible production of the ω⁰→ π⁺π⁻π⁰ resonance in π⁻p→ pπ⁻π⁺π⁻π⁰ events. No ρ’s were observed in four-prong events.

Riassunto

Si riferisce sullo studio delle interazioni nelle collisioni π⁻p ad un impulso dei pioni di 1.59 GeV/c, eseguito con la camera a bolle ad idrogeno liquido da 50 cm di Saclay, funzionante in un campo magnetico di 17.5 kG. I risultati ottenuti riguardano essenzialmente lo scattering elastico e quello anelastico accompagnati dalla produzione o di un solo pione nelle interazioni π⁻p → pπ⁻π⁰ o nπ⁻π⁺, o di più di un pione negli eventi a quattro rami. La distribuzione angolare osservata nello scattering elastico entro la regione di diffrazione, può essere approssimata con una legge esponenziale. Dal valore estrapolato per lo scattering in avanti, così ottenuto, si ha σ_el = (9.65±0.30) mb. Nel caso della produzione di un solo pione si dànno gli spettri di massa effettivi dei dipioni π⁻π⁰ e π⁻π⁺. Ciascuno di essi presenta la corrispondente risonanza ρ⁻ o ρ⁰ nella regione di ∼ 29μ² (μ=massa del pione carico). I picchi ρ sono particolarmente conspicui negli eventi con basso impulso trasferito (Δ². La distribuzione dei ρ⁰ presenta un picco secondario a ∼ 31μ² dovuto probabilmente al processo ω⁰→π⁻π⁺. Si valuta che il rapporto di suddivisione (ω⁰→π⁻π⁺)/(ω⁰→π⁺π⁻π⁰) sia circa il 7%. Si interpretano abbastanza bene questi risultati nello schema delle int razioni periferiche secondo il modello con scambio di un pione (OPE), sino a valori di Δ²/μ²∼10. In particolare il rapporto ρ⁻/ρ⁰ è dell’ordine di 0.5, come quel modello predice. Inoltre la distribuzione dell’angolo di Treiman-Yang è compatibile con una distribuzione isotropica all’interno del picco ρ. La distribuzione di calcolata con l’uso della formula di Chew-Low che si suppone valida nella regione fisica di Δ², dà un massimo sensibilmente più basso del valore 12 = 120 mb che ci si attende per uno scattering elastico ππ in risonanza nello statoJ= 1 al picco del ρ. Però un fattore di correzione alla formula di Chew-Low, introdotto da Selleri, dà un accordo abbastanza buono con il valore previsto. Un’altra distribuzione, cioè la distribuzione di Δ², almeno per Δ² < 10μ², concorda abbastanza bene con il carattere periferico dell’interazione che cointeressa la risonanza ρ. Le distribuzioni angolari del π⁻ nel sistema di quiete del ρ presentano un comportamento diverso per il ρ⁻ e per il π⁰. Mentre la prima è simmetrica, come riferito in un lavoro precedente, l’ultima presenta una chiara asimmetria dei π⁻ in avanti. Le principali caratteristiche dei risultati degli eventi a quattro rami sono: 1) il verificarsi dell’isobaro (pπ⁺)3/2 3/2 negli eventi π⁻p→ π⁺π⁻π⁻ e 2) la possibile produzione della risonanza ω⁰ → π⁺π⁻π⁰ negli eventi π⁻p → pπ⁻π⁺π⁰. Non si sono osservati ρ negli eventi a quattro. rami.