The interaction and decay of K⁻-mesons in photographic emulsion

Summary

This paper presents Part III of the series on the interaction of K⁻-mesons in photographic emulsions contributed by the European K-collaboration. The mean free path for K⁻-interaction in flight (10÷80) MeV with hydrogen and with the complex nuclei in emulsion are compared with other recent experimental data. A number of Σ-hyperons are also investigated. From favourable examples of Σ⁺-p decay recorded in the emulsion the Σ⁺ mass is estimated asM _Σ=2327.2±1.0 m_c and from the hydrogen capture (K⁻+H) events the mass difference (M _Σ--M _Σ+) is found to be 14.6±1.1 m_e. Lifetime estimates are also given for the charged Σ hypersons:a) The best estimate for the Σ⁺ lifetime is obtained using only events in which the decay proton is emitted forward in the centre-of-mass system. Thus τ⁺=0.82 ^+0.34_−0.20 ·10⁻¹⁰ s.b) A representative value for the hypothetical Σ⁻ lifetime as determined from 70 selected Σ ^±_π decays is 0.71 ^+0.19_−0.12 ·10⁻¹⁰ s. The effective lifetime appears (as well as can be ascertained) to remain of the order of the Σ;⁺ lifetime, even in samples containing widely different proportions of Σ⁻ hyperons. Although values are greater than the lifetimes previously reported in emulsion esperiments, it still appears possible that a genuine anomaly may exist. The observed numbers of secondary interactions by charged particles emitted from the K⁻-capture stars may be accounted for on the basis of proton interactions, although some contribution from deuterons is not excluded. One definite example of a fast Σ interaction (visible energy release 129 MeV) has been found in a length of 70 cm of track registered in the emulsion. The number of single scatterings in 18 cm of Σ⁻ and 25 cm of Σ⁺ hyperon track in emulsion (energy interval (5÷100) MeV) are compared with that expected for Coulomb scattering by a point nucleus. Only a slight possible indication of the nuclear interaction of the Σ⁻-hyperon is demonstrated with the few data at present available. In K⁻-interactions giving (Σ+π) some 45 Σ ⁺_p and 47 Σ ⁺_π decays were also examined for possible polarization of the decay with respect to the (Σ, π) plane of production.

Riassunto

Questo lavoro contiene la parte III dello studio sopra l’interazione dei mesoni K⁻ in emulsione fotografica, svolto dall’European K⁻-Collaboration. Il cammino libero medio per interazione di mesoni K⁻ in volo ((10÷80) MeV) can idrogeno e con i nuclei complessi dell’emulsione viene confrontato con altri recenti dati sperimentali. Da alcuni esempi favorevoli di decadimento Σ⁺→p la massa dell’iperone Σ⁺ viene valutata in (2327.2±1) m_e; da alcuni esempi di cattura a riposo di mesoni K⁻ su idrogeno viene dedotta la differenza di massa tra iperone negativo e iperone positivo (M _Σ--M _Σ+)= (14.6±1.1) m_c. È stata stimata col metodo di Bartlett la vita media degli iperoni carichi:a) la miglior stima per la vita media del Σ⁺ viene ottenuta usando i soli eventi in cui il protone di decadimento è emesso in avanti nel sistema del centro di massa. Si è ottenuto da 41 eventi τ⁺=(0.82 ^+0.34_−0.20 ·10⁻¹⁰ s.b)l’n valore indicativo per la vita media di un gruppo di presunti Σ⁻ è stato dedotto da una scelta di 70 decadimenti in volo del tipo Σ ^±_π , ottenendo τ⁻=(0.71 ^+0.19_−0.12 )·10⁻¹⁰ s. Nei limiti della statistica e della selezione operata, questo valore di τ⁻ sembra rimanere vicino a quello di τ⁺, anche in gruppi di eventi che contengono proporzioni di Σ⁻ molto diverse. Per quanto il valore ottenuto sia maggiore di quelli riportati in precedenti lavori in lastre nucleari sembra ancora che possa esistere un’effettiva anomalia. Il numero di interazioni secondarie prodotte da particelle cariche pesanti emesse nella cattura di mesoni K⁻ si giustifica come risultato di interazioni di protoni, con un eventuale contributo da parte di deutoni. Un sicuro esempio di interazione di Σ in volo (energia visibile 129 MeV) è stato individuato su una lunghezza di traccia di iperone di 70 cm. Il numero degli « scattering » singoli su 18 cm di traccia di Σ⁻ e 25 cm di Σ⁺ (energie comprese tra 5 e 100 MeV) è stato confrontato con le previsioni relative allo « scattering » coulombiano da nucleo puntiforme: gli scarsi dati a disposizione, potrebbero suggerire una debole indicazione a favore dell’interazione nucleare dell’iperone Σ⁻. Infine, sono stati analizzati in vista di una possibile polarizzazione del decadimento rispetto al piano di produzione della coppia (Σ, π), 45 Σ ⁺_p e 47 Σ ⁺_π osservati in interazioni di K⁻ del tipo (Σ, π, 0).