«Quark candidates» among delayed shower particles at 70 m w.e. underground

Summary

An arrangement of five telescopes, each consisting of three seintillators separated by 150 g/cm² of lead, was operated at the Mt. Cappuccini station, 70 m w.e. underground. The pulses of all fifteen detectors were displayed on two dual-beam oscilloscopes, so that interactions originating in the rock and in the absorbers could be identified, and time delays in the traversals measured. Altogether about 16000 showers were recorded. The analysis of 6000 events striking two telescopes showed a frequency of small pulses much in excess of that found for single muons. Moreover, a significantly larger fraction of the small pulses occurred delayed with respect to the first traversal, with an average delay of about 14 ns. Also, for small-pulse events the rate of interactions initiated in the lead absorbers followed an exponential law with an interaction mean free path of between (500±100) and (630±80) g/cm², while for the others it was consistent with that expected for a mixture of muons and locally produced pions. Similar interaction characteristics were found for multiple showers. Here again small pulses occurred predominantly after triggering normal pulses, with a delay distribution very similar to that observed for pairs, and a mean delay of about 11 ns. The sequences of small and large pulses were quite inconsistent with those expected for random fluctuations. Thus the small-pulse events bear all the features characteristic of quarks. However, their flux is of the order of a few 10⁻⁸/cm² sr s, at least two orders of magnitude higher than the upper limits of quark fluxes reported in other experiments. Since some, but perhaps not all, of this discrepancy can be explained by the differences in the experimental conditions, the interpretation must remain tentative.

Riassunto

Nel Laboratorio del Monte Capuccini, ad una profondità di 70 m a.e., è stato posto in misura un sistema di cinque telescopi, ognuno composto di tre scintillatori separati da 150 g/cm² di piombo. Gli impulsi di tutti i quindici rivelatori furono inviati a due oscilloscopi a doppia traccia, in modo da poter identificare le interazioni generate nella roccia e negli strati di piombo e misurare i ritardi in tempo tra le particele nei differenti telescopi. In totale furono registrati circa 16000 sciami. L'analisi di 6000 eventi riguardanti due telescopi indicò una frequenza di impulsi piccoli nettamente maggiore di quella di singoli muoni. Inoltre, una frazione significativamente più grande di impulsi piccoli era ritardata rispetto al passaggio della prima particella, con un ritardo medio di circa 14 ns. Ancora, per eventi con impulsi piccoli la frequenza di interazione negli strati di piombo seguiva una legge esponenziale con un cammino libero medio di interazione compreso tra (500±100) e (630±80) g/cm², mentre per gli eventi di altro tipo era coerente con quello previsto per una miscela di muoni e di pioni prodotti localmente. Analoghe caratteristiche di interazioni furono trovate per sciami multipli. In questo caso vennero rivelati impulsi piccoli prevalentemente ritardati, rispetto ai normali impulsi di comando, con una distribuzione di ritardi molto simile a quella osservata per le doppie ed un ritardo medio di circa 11 ns. La successione di imulsi piccoli e grandi non era coerente con quella attesa per fluttuazioni casuali. Cosí gli eventi con impulsi piccoli presentano carateristiche tipiche dei quark. Tuttavia, il loro flusso è dell'ordine di circa 10⁻⁸/cm² sr s, almeno due ordini di grandezza più alto dei limiti superiori per i fussi di quark riportati in altri esperimenti. Poiché solo alcune discordanze possono trovare una spiegazione nelle differenze delle condizioni sperimentali, proponiamo un tentativo di interpretazione.

Резюме

На станции Каппучини, на глубине 70 м водного эквивалента под землей, была использована система из пяти телескопов, каждый из которых состоит из трех сцинтилляторов, разделенных свинцом 150 г/см². Импульсы всех пятнадцати детекторов представляются на двух двунлучевых осциллоскопах, так уто можно идентифицировать взаимодейстяия, происходящие в скале в поглотителях, а также измерить временные задержки при прохождениях. Всего было зарегистрировано около 16000 ливней. Анализ 6000 событий, зарегистрированных двумя телескопами, обнаруживает частоту малых импильсов много больщую, чем обнаруженная частота для отдельных мюонов. Более того, существенно большая доля сечения со среденей задержкой около 14 нсек. Кроме того для событий с малыми импульсами интенсивность взаимодействий, произощедщих в свинцовых поглотителях, подчиняе qtся экспоненциальному закону со средней длиной свободного пробега от (500±100) до (630±80) г/см², тогда как для других событий интенсивность согласуется с величиной, ожидаемой для смеси мюонов и локально рожденных пионов. Аналогичные характеристики взаимодействий были обнаружены для многократных ливней. И здесь малые импульсы сстречаются преимущественно после регистрации нормальных импульсов с распределением задержек очень похожим на распределение, наблюденное для пар, и средняя задержка составляет около 11 нсек. Порядок следования малых и болышни импульсов совсем не соответствует порядку, кторый ожидается для случайных флуктуаций. Таким образом, события с малыми импульсами имеют все особенности, характерные для кварков. Однако их поток составляет по порядку величины несколько 10⁻⁸/см²· стер·сек, что, по крайней мере, на два порядка больще, чем верхние пределы для потоков кварков, котовые сообщались в других экспериментах. Так как часть, но возможно не все, из этого расхождения может быть обьяснено различнями в экспериментальных условиях, то зта интерпретация должна оставаться предположительной.