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Submitted on 1 Jan 1963
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Sur une possibilité expérimentale de comparaison muon-électron à trés haute énergie
Paul Kessler
To cite this version:
Paul Kessler. Sur une possibilité expérimentale de comparaison muon-électron à trés haute énergie.
Journal de Physique, 1963, 24 (3), pp.222-224. �10.1051/jphys:01963002403022201�. �jpa-00205454�
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FIG. 1. FIG. 2.
Courbes théoriques. Points expérimentaux.
Le niveau de radiofréquence, mesuré par V,, est indiqué pour chaque courbe. Pour éviter un enchevêtrement des diverses courbes, un axe des abscisses différent, indiqué par la flèche, a été choisi pour chaque courbe.
tracées avec des flux lumineux excitateurs différents.
L’accord théorie-expérience est’ excellent. Les légers
désaccords apparents correspondent au cas des grandes
valeurs de p (forts niveaux de H. F.) au voisinage des champs H,,12 et 3Ho/2. Ceci peut s’expliquer par les résonances qui apparaissent à ces champs en exci-
tation d, et par le caractère peut être imparfait de la polarisation de la lumière excitatrice.
Lettre reçue le 25 janvier 1963.
BIBLIOGRAPHIE
.[1] DODD (J. N.), FOX (W. N.), SERIES (G. W.) et TAYLOR (M. J.), Proc. Phys. Soc., 1959, 74, 789.
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SUR UNE POSSIBILITÉ EXPÉRIMENTALE DE COMPARAISON MUON-ÉLECTRON
A TRÉS HAUTE ÉNERGIE (1)
Par M. Paul KESSLER,
Laboratoire de Physique Atomique du Collège de France
Paris.
L’idée d’utiliser l’effet de photo-production de paires
aux grandes énergies et grands angles, afin d’étudier les propriétés des photons, électrons et muons aux petites distances, a déjà été formulée, notamment par Drell et ses collaborateurs [1, 2, 3]. Dans cet esprit,
une expérience de photo-production de paires de muons
sur une cible de carbone a été récemment réalisée [4]
dans un domaine où cependant le transfert d’impulsion
est encore faible (40-80 MeV/c) ; comme on pouvait s’y attendre, aucune anomalie du muon n’a été décelée dans ce domaine.
A nos yeux, l’idée de suppléer éventuellement à des
expériences de diffusion de muons à grand transfert
par des expériences de photo-production paraît pré-
senter un double intérêt :
a) Étant donnée la difficulté bien connue de faire des (1) Le présent travail a bénéficié de l’aide du Commis- sariat à l’Energie Atomique.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01963002403022201
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faisceaux de muons suffisamment intenses à partir de
mésons r se désintégrant en vol, il sera sans doute plus
aisé de fabriquer des faisceaux de photons par rayon- nement de freinage à partir d’accélérateurs d’électrons donnant des énergies suffisantes.
b) Dans le cas de la photo-production, une expé-
rience comparative dans laquelle les électrons pren- dront la relève des muons pourra être réalisée sur place, auprès du même accélérateur, par la même équipe d’expérimentateurs, pratiquement avec le même appa-
reillage ; ce qui est manifestement difficile pour une
expérience de diffusion. Il convient de souligner à ce
propos que c’est précisément la comparaison entre
muons et électrons qui présente le plus grand intérêt théorique, et non la valeur absolue des sections effi-
caces de diffusion ou de photo-production des muons.
Le schéma que nous suggérons d’utiliser pour une telle expérience serait le suivant ( fig.1, a). Un faisceau de photons de quelques GeV est envoyé sur une cible mince d’hydrogène. On détecte en coïncidence triple
les deux particules produites (soit muons, soit élec-
trons) sortant sous un même angle 6, et le proton de
recul sortant sous un angle cp.
FIG. 1.
Un tel schéma a l’avantage de reproduire les condi-
tions cinématiques d’une expérience de diffusion à
même énergie et même transfert ( fig.1, b), dès lors que les deux particules créées sont extrême-relativistes.
De cette manière, une bonne mesure des angles 0 et cp,
complétée par une mesure à la rigueur très grossière
des énergies des particules sortantes, permet de recons-
tituer pratiquement toutes les données cinématiques
dont on a besoin.
Parmi ces données, la plus importante est évidem-
ment le transfert d’impulsion, donné par la formule bien connue de la diffusion
où W est l’énergie du photon et M la masse du proton.
L’expérience doit donner les valeurs des sections efficaces difiérentielles d3 a i- ou dQ d 2 dQ’ 0’ dÛ’ E et E’
étant les énergies, S2 et 03A9’ les angles solides relatifs
aux deux particules de la paire), selon qu’il est possible
ou non de mesurer les énergies avec une précision
suffisante. Toutefois, comme nous l’avons dit plus haut,
ce ne sont pas essentiellement ces valeurs qui nous
intéressent du point de vue théorique, mais plutôt une quantité que nous appellerons né, et qui définira Ie
rapport du nombre de paires de muons au nombre de paires d’électrons produites dans les mêmes conditions
cinématiques.
En faisant varier 0 (et cp en fonction de 6), l’expé-
rience permettra de tracer le spectre de né en fonction
de q dans un certain domaine. Le résultat théorique
est en première approximation : n. 1 ’= 1, indépen-
damment de q (à condition de se borner à des valeurs du transfert q » 100 MeV). Toute déviation expéri-
mentale importante par rapport à ce chiffre théorique, qui apparaîtrait dans le spectre à partir d’un certain
seuil, pourrait en principe être considérée comme signi-
ficative d’une anomalie du muon vis-à-vis de l’électron:
soit probablement une anomalie du vertex (facteur de forme du muon, ou interaction muon-proton non élec- tromagnétique), soit une anomalie du propagateur.
Il sera toutefois souhaitable, avant de tirer éven-
tuellement des conclusions d’une telle expérience, de préciser davantage le calcul théorique de nUE en tenant compte des corrections suivantes :
a) Une petite correction cinématique (due à la
masse finie du muon), facilement calculable.
b) Un terme de correction radiative (ces corrections
dépendant toujours de la masse des particules qui rayonnent).
c) Un terme dû à la présence, à côté des deux dia- grammes du type Bethe-Heitler (fig. 2, a, b), d’un autre
processus (effet Compton avec conversion interne du
photon diffusé) qui contribue différemment pour les
paires de muons et d’électrons (fig. 2, c).
FIG. 2.
Des calculs portant sur les corrections b) et c) ont
été effectués [2], mais pour des conditions cinématiques
différentes (petits transferts).
Si l’on revient maintenant au point de vue expéri- mental, et que l’on veut comparer les difficultés de
l’expérience de photo-production proposée avec celles
d’une expérience de diffusion, il convient encore de faire intervenir les considérations suivantes :
1° Ici, l’énergie du faisceau incident n’est pas déter- minée (étant donnée la quasi-impossibilité de faire un
faisceau y monoénorgétique) et devra être reconstituée
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par la cinématique, d’où la nécessité de mesurer davan- tage de paramètres à la sortie.
20 En ce qui concerne les sections efficaces, on perd
ici (du fait de la présence d’un vertex électromagné- tique supplémentaire) un facteur de l’ordre de
1/03B1 = 137 par rapport à la diffusion. Mais ce facteur
sera certainement plus que compensé par l’intensité
plus grande du faisceau que l’on pourra réaliser.
30 Ici, le problème si ardu de la purification du
faisceau initial (séparation des muons et des pions) ne
se pose pas. Mais il faudra aborder un problème à peu
près équivalent en difficulté, à savoir celui de l’identi-
FIG. 3.
fication des particules sortantes ; essentiellement, il
faudra éviter la confusion entre paires de muons et paires de pions, ces dernières étant produites en beau-
coup plus grand nombre à cause de l’interaction forte.
Dans l’expérience déjà citée [4], il semble que ce pro-
blème a pu être résolu.
’
