Mesures de masses sur les particules du rayonnement cosmique

HAL Id: jpa-00234333

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00234333

Submitted on 1 Jan 1950

HAL is a multi-disciplinary open access

archive for the deposit and dissemination of

sci-entific research documents, whether they are

pub-lished or not. The documents may come from

teaching and research institutions in France or

abroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est

destinée au dépôt et à la diffusion de documents

scientifiques de niveau recherche, publiés ou non,

émanant des établissements d’enseignement et de

recherche français ou étrangers, des laboratoires

publics ou privés.

Mesures de masses sur les particules du rayonnement

cosmique

Charles Peyrou, André Lagarrigue

To cite this version:

MESURES DE MASSES SUR LES PARTICULES DU RAYONNEMENT

_COSMIQUE

Par CHARLES PEYROU et ANDRÉ LAGARRIGUE.

Laboratoire École

Polytechnique.

Sommaire. 2014

Exposé de la méthode impulsion-parcours et _description d’une _expérience réalisée pour la mettre en 0153uvre.

Les résultats sont discutés aussi bien du point de vue de la _précision sur la mesure de la masse

du méson 03BC que de la présence ou l’absence de mésons de masse différente.

11,

1950,

Durant les étés

_{1947-1948-1949,}

nous avons

fait,

dans le

_champ

_magnétique

de la bobine de

l’Argen-tière-la-Bessée,

à I o0o m

_{d’altitude,}

une

_expérience

pour la mesure des masses des

_particules

du rayon-nement

_cosmique.

_{Nous exposons ici les résultats}

les

_{plus complets}

obtenus

_{spécialement}

en

_ig4g

_[1,

_2].

Principe

de la détermination de la masse

d’une

_particule

_{ionisante par} la mesure de

l’impulsion

et du _{parcours. -} Si une

_particule

chargée,

traversant la

matière,

perd

son

_énergie

uniquement

par ionisation le

long

de sa

trajectoire,

Fig.i.

il existe une relation reliant son

_énergie

et son

parcours restant. Cette relation

peut

être calculée

théoriquement

à

_partir

de données connues

_(charge

élémentaire,

potentiel

d’ionisation de la matière

traversée,

masse de la

_particule,

_etc.).

La

_figure

i

représente

la courbe R

_{= f (p),}

_parcours en fonction

de

_{l’impulsion}

_{pour deux} masses différentes de la

particule.

On voit que les courbes ne sont _{pas les}

mêmes,

elles sont

_{homotétiques}

_par

_rapport

à

l’origine,

le

_rapport

d’homotétie étant celui des

masses. Une mesure de

_{l’impulsion}

et _{du parcours}

de la

_particule

fournit donc la masse. En

_pratique,

le parcours se détermine par l’arrêt de la

_particule

dans une

_plaque

d’une certaine

_épaisseur,

il est donc

compris

entre deux limites

_extrêmes,

_RI

et

_R2.

L’impulsion

n’est mesurée

_{qu’à : àp près;}

_{pour des} raisons évidentes de

rendement,

on ne

_peut

_prendre

une

_plaque

d’arrêt

_trop

mince.

D’ailleurs, si pi

et _P2 sont les

_impulsions

_{correspondantes}

à

_Ri

et

_R2,

on ne _gagnera à peu

près

rien à choisir

l’épaisseur

de la

_{plaque (R2- Rl)}

_{telle que p2- pl soit}

_plus

petit

que àp

(erreur probable

sur

_{l’impulsion).}

Pour obtenir une bonne

_précision

dans la mesure

de la masse, il faudra donc faire une _moyenne sur

plusieurs

cas de

_particules

arrêtées.

Réalisation de

_{l’expérience.}

- La

figure

2

donne le schéma de

_{l’appareil,}

dans sa dernière

forme

_(employée

en

_1949).

W est une chambre de

Wilson de 70 cm de haut et 18 cm de

_large

et 8 cm

de

_profondeur

éclairée. La chambre de Wilson est

placée

dans le

_champ

_{magnétique. L’impulsion}

de la

_particule

est _{mesurée par le rayon de courbure}

de la

_{trajectoire photographiée.}

El

est un écran de

cuivre,

E2

et

_E,

des écrans de

_{plomb. Cl, C2, C3,}

C4,

C5,

C6

sont des

_{compteurs (84}

en

tout).

F est un filtre de

plomb.

En tenant

compte

des

parois

des

_compteurs

et de la

chambre,

l’épaisseur

de

_El

est

_équivalente

à

_{63 g . cm-2}

de

_plomb.

_E2

et

_Es

ont 16, 5

g. cm--2 de

plomb.

La chambre est _{déclenchée par l’événement :}

coïnci-dence

_{C2, C3,}

_C4

anticoïncidence

_{C6 :}

_(C2,

_{C3, Ci-Cl)’}

Toute

_{particule photographiée}

avait donc traversé

_El

et s’était arrêtée soit dans

_E2,

soit dans

_E3.

Cette

impulsion pilote

I =

(C2, C3,

C47C,)

est

mélangée

dans un deuxième sélecteur avec les

_impulsions

des

compteurs

C5;

s’il y a coïncidence

_(I,

_C5),

la par-ticule a traversé

_C.

et s’est donc arrêtée dans

_E3,

dans le cas

contraire,

la

_particule

s’est arrêtée

dans

_E2.

_{Le parcours} est ainsi déterminé

_{à 1 6,5}

_{g :}

cm2

667

de

_plomb

_près.

La coïncidence

_(I,

_{C 5)}

est

_enregistrée

à l’aide d’une

_{petite lampe}

témoin dont

_l’allumage

est

_{photographié}

en même

_temps

_que la

trajec-toire,

cette indication est d’ailleurs

_répétée

à

l’obser-vateur _par un annonciateur

_{téléphonique.}

Fig. 2.

Un troisième sélecteur

_opérait

exactement de la même manière pour la coïncidence

(I,

CI).

Ceci

permettait

de

_distinguer

celle des

_particules

_qui

avait été

_produite

localement dans le filtre de

_plomb

F

par une

_particule

neutre incidente ne déclenchant

pas

CI.

Cette

production (ou

non

_production)

de

mésons est

_{intéressante,}

_{mais n’a pas de relation}

directe avec le

_système

de mesures de masses.

Nous avons

_{employé également}

un autre

_type

de

fonctionnement,

l’impulsion pilote

était alors l’ =

(C2, C3,

C4)

coïncidences de

C,, C3,

C4;

le _parcours

était _{alors mesuré par deux sélecteurs}

_prenant

les coïncidences

_(I’,

_C5)

et

_(I’,

_C6),

on

_enregistrait

aussi

comme

_plus

haut

_{(I’, CI).}

Ce

_système

est _{utile pour}

l’étude de la

_{production locale, parce que le nombre}

de

_{particules qui}

déclenchent est

_beaucoup

_plus

grand,

mais il est mauvais

_quant

au rendement

des mesures de masse, parce que la

plupart

des

particules enregistrées

ne s’arrêtent ni dans

_E2

ni dans

_E3

et font

_perdre

_chaque

fois les 3 mn

néces-saires à la remise en

fonctionnement

de la chambre

(petites

détentes,

etc.) (1).

Il va sans dire que les bancs de

_{compteurs C1,}

_{C5, C6}

devaient couvrir très

_{largement l’angle}

solide défini par

C2, CI,

C4.

Ils étaient

_disposés

comme

_l’indique

la

_figure,

de

_façon

à boucher tous les trous. Les

compteurs

C.

avaient 60 cm de

_longueur

efficace

et couvraient en

_largeur

₂₄

_cm,

_{C6 (80}

cm de

_long,

56 cm de

_{large), Ci (i}

m de

_long,

80 cm de

_large).

Discussion des erreurs de la méthode. -Celles-ci

_peuvent

être

_séparées

en deux

_{types :}

10 les erreurs du

_type

_classique,

c’est-à-dire en

fait les

_{imprécisions}

sur les différentes mesures

(rayon

de courbure de la

_{trajectoire, étalonnage}

du

champ

magnétique,

fluctuation du parcours due au

scattering).

Ces erreurs _{n’affectent que la}

_précision

avec

_laquelle

est déterminée la masse d’une

_particule

donnée,

elles sont discutées en même

_temps

_{que les}

résultats;

2° les erreurs essentielles à la méthode elle-même

et

_qui

_peuvent

conduire,

par une

interprétation

trop

hâtive des

résultats,

à des mesures de masse

parfaitement

aberrantes. Ces erreurs ont des causes

différentes.

La

_première

est due aux

_compteurs.

Un

_compteur

n’a

_jamais

_qu’une

efficacité limitée. On

_{peut compter,}

en

général,

qu’une

particule

sur 200 traversant les

bancs tels que C4,

C,

et

_C6

ne

_produiront

aucune

impulsion.

Par

_conséquent,

_1/200e

_{des rayons}

cosmiques

qui

traversent tout

_{l’appareil,}

_y

_compris

_{C6, .}

seront

_enregistrés

faussement comme arrêtés dans

_E3.

Leur

_{interprétation}

conduirait à leur attribuer une masse

_{plus grande}

_{que celles}

_qu’ils

ont en réalité. En

effet,

leur

_impulsion

est

_{plus grande}

_{que celle}

qu’ils

auraient s’ils s’arrêtaient vraiment dans

_E3

(plus

l’impulsion

correspondante

à un _parcours

donné est

_{grande, plus}

la masse est

_grande).

Ce fond de

_particules

faussement arrêtées n’a aucune

impor-tance tant

_{qu’il s’agit}

de mesurer la masse de

par-ticules relativement abondantes dans le

rayonnement

cosmique (mésons

p.).

En

effet,

les

_impulsions

des

_particules

erronées

sont

_dispersées

sur tout le

_spectre

des rayons

cosmiques,

elles ne _{donnent donc pas de}

_groupement

dans un faible domaine

_{d’impulsion caractéristique}

seulement des

_particules

réellement arrêtées dans

un écran.

L’inefficacité des

_compteurs

interdit donc

seu-lement de tirer des conclusions d’une mesure de masse effectuée sur une seule ou un très

_petit

nombre de

_particules.

Le

_problème

est un _peu différent en ce

_qui

concerne

la

_plaque

_E2.

En

effet,

pour

qu’une particule

soit,

par erreur,

marquée

comme arrêtée en

_E2,

il faut

qu’il

y ait inefficacité simultanée des

compteurs

C5

et

_C,.

La

_probabilité

d’un tel événement est très

faible

_(ce

_{n’est pas}

_i/4ooooe,

car les inefficacités ne

sont _pas

_{indépendantes).}

Un

_compteur

est inefficace par suite du temps mort de 5. 10-4 s

_qui

suit toute

impulsion.

La

_plupart

des

_impulsions

étant dues à des rayons

cosmiques,

il y a très souvent

_décharge

siuultanée d’un

_compteur

de

_C5

et d’un de

_C.,

si ce sont

_{précisément}

_{ceux-là mêmes que la}

_particule

traversant la chambre aurait dû

actionner,

il y a

inefficacité simultanée de

_C5

et de

_C..

La

proba-bilité d’une erreur simultanée de

_C5

et de

_C6

_peut

être évaluée en _gros à

i/4oooe.

Les indications de

_particules

arrêtées dans

E2

sont

donc très sûres. Une mesure

_unique

de masse

constitue ainsi non une _{preuve, mais} une forte

présomption;

quelques

mesures

_groupées

constituent une certitude. La

_{plaque E2}

_permettrait

de déceler facilement en

_principe

des

_particules

dont la

pro-portion

dans le

_{rayonnement cosmique}

ne serait

pas

supérieure

au

I 1I000e. La vie moyenne de

l’expé-rimentateur est ici

_plus

limitative _que

_{l’appareil.}

Il reste d’ailleurs des erreurs du même

_type,

mais

d’origine

encore

_plus

fondamentale. La relation

impulsion-parcours

est basée sur

_{l’hypothèse}

_{que la}

perte d’énergie

s’effectue

_uniquement

_{par ionisation.} Elle est

_{complètement}

en défaut si la

_particule

subit un

_freinage

_{catastrophique,}

comme c’est le cas des

électrons

_{qui perdent}

leur

_énergie

_par

_{Bremsstrahlung.}

C’est aussi le cas des

_protons

_qui

_peuvent

provo-quer des

désintégrations

nucléaires dans la

plaque.

Signalons,

enfin,

que les mésons

peuvent,

après

s’être arrêtés dans une

plaque,

émettre leur électrons

de

_{désintégration}

de telle

façon

qu’il

en résulte une

_{augmentation apparente}

_{du parcours.}

Expéri-mentalement,

le cas semble assez rare, en raison de

la

_rapide

_absorption

de ces électrons dans le

_plomb.

Résultats relatifs à la

_production

locale.

-Cette recherche a été faite en utilisant le deuxième

système

de déclenchement de la chambre

_(par

la concidence l’ =

_C2,

_CI,

_C4).

On a

_opéré

avec deux

épaisseurs

de filtres F

différentes,

12 et

4o cm

de

plomb.

Sur 3 ooo

particules photographiées

dans la

chambre, il y

en avait seulement

_{I J200e qui}

n’était

pas

accompagné

par une

_impulsion

dans les comp-teurs

_Cl.

D’autre

_part,

cette

_proportion

était _{à peu}

près

constante,

quelque

soit

_{l’épaisseur}

de F. Comme la

_proportion

de

_I’20Je

est

_{parfaitement explicable}

par l’inefficacité du train de

compteurs CI,

la pro-duction de "mésons dans une

_épaisseur

de

_4o

cm de

plomb, par particule

neutre,

à i ooo m

_{d’altitude,}

est

négligeable

par

rapport

à l’ensemble des mésons

venant du sommet de

_{l’atmosphère.}

Naturellement,

le résultat

_pourrait

être différent si l’on sélec-tionnait des mésons de très faible

_énergie,

ce

qui

est

le cas des

_plaques

_{photographiques}

où l’on trouve une

_proportion

_{notable de mésons 7r}

_(produits

loca-lement)

par

rapport

aux mésons _M..

Masse du méson _{,u.. -} La

_grande

_majorité

des

particules

arrêtées dans

_E2

et

_E,

sont des mésons _ia. Les résultats

_qui

les concernent sont réunis dans les

histogrammes

de la

_figure

3. On a

_porté

en abscisse

Fig. 3.

l’impulsion

des

_particules.

En

ordonnée,

le nombre de

_particules

arrêtées dont

_{l’impulsion}

était

_comprise

dans une bande de io MeV de 165 à

_175,

de

₁₇₅

à

_185,

etc.

_{L’histogramme}

du bas est relatif aux

particules

arrêtées dans

_E2,

celui du haut aux

parti-cules arrêtées dans

_E3.

Les

_histogrammes

ont été construits avec les résultats

d’expériences

faites

avec o, 1o et

72

cm de

_plomb

comme filtre F.

669

pointillées

verticales

_marquent

le domaine dans

lequel

devraient se trouver les

particules

arrêtées

si l’on ne commettait aucune erreur dans la mesure

de

_{l’impulsion. Largeur}

de bande de

_{20 MeVjc}

correspondant

à

_{l’épaisseur}

des écrans

_E2

et

_E,.

La moyenne des

impulsions

des

_particules

arrêtées dans

_E2

est

_I95,4

MeV/c,

celle des

_particules

arrêtées dans

_Es

est

_2I4,6.

Leur différence

_théorique

serait de

20

MeV,

elles se

_{correspondent}

donc bien à o,8 MeV

près.

On

_peut

aussi mesurer la

dispersion

des mesures en

_prenant

l’écart

_quadratique

_moyen des

_impulsions

mesurées autour de la moyenne

pour n mesures,

on trouve o- = 12

MeV jc

aussi bien _pour les mesures

dans

_E2

_{que celles dans}

_E3.

Cette

_dispersion

est due à deux causes :

n la

_largeur

de bande due à

_{l’épaisseur}

des

plaques;

20 l’erreur dans les mesures de courbure. La

première

correspond

à une loi de

_probabilité

en

rectangle,

c’est-à-dire constante dans un certain

intervalle et nulle

ailleurs,

la

_largeur

de l’intervalle étant 20

MeV/c,

l’écart

_quadratique

calculé

corres-pondant

est

()r,

si Cmesure est l’erreur

_,quadratique

moyenne dans les mesures

_{d’impulsion,}

on a

l’erreur sur les mesures de

_{l’impulsion}

déterminée

a

_posteriori

est donc de 1 o

MeV/c,

soit rL 5 _pour I oo.

A

_{priori :}

les mesures de courbure faites sur des

trajectoires

photographiées

sans

_champ

donnaient

un _{rayon de courbure}

_supérieur

à 10o m _pour toutes les

_{trajectoires.}

_{Le rayon de courbure} des

particules

arrêtées étant de

₄

m, l’erreur de mesure

était _{environ de 3 pour} oo. Mais il faut y

ajouter

la courbure

_parasite

due au

_scattering

dans le _gaz de la

chambre,

celle-ci

_peut

être _{calculée par les} for-mules _{données par Bethe} et l’erreur

_{correspondante}

est

3,5

pour oo, l’ensemble faisant presque 5 _{pouri oo.}

Les erreurs de mesures de courbure estimées a

_priori

et mesurées a

_posteriori

se

_{correspondent}

donc assez

bien. Critère de la cohérence externe et interne. On

_peut

aussi calculer la courbe de

_répartition

des

mesures

_{d’impulsion}

en

_supposant

_{que leur}

disper-sion résulte de la

_{superposition}

de la loi de

proba-bilité en

_rectangle

de

_largeur

20

_MeV/c

et d’une

dispersion

gaussienne

sur les mesures de

cour-bure

_{o’mesure= 10MeV/c.}

La

_{figue 4}

montre le résultat

_comparé

à

_{l’histogramme}

_E2,

on voit que

la concordance est très bonne. ,

L’écart

_quadratique

des mesures autour de la

moyenne étant 12

MeV,

et le nombre de mesures

étant

_chaque

fois _70,

_chaque

_moyenne est déter-minée à

_1,5

MeV

_près.

Comme nous travaillons dans un domaine étroit

_{d’impulsion}

et dans une

_partie

de la courbe

_{parcours-impulsion}

où elle est

_quasi

linéaire, pour

mesurer la masse du méson _ja, on

_peut

faire

_correspondre

_{l’impulsion moyenne}

au _parcours

moyen

(celui

qui

correspond

au milieu des

_{plaques E2}

ou

_Es).

Il faut faire

_cependant

une

_correction,

les

particules

ne traversant _{pas les écrans}

El, E2

perpen-diculairement à leurs

faces,

il y a une certaine

inclinaison,

très faible il est

_vrai,

due aux conditions

géométriques.

Il y a surtout une inclinaison due aux

_petites

déviations

_(scattering)

de la

_particule

à la traversée de la matière. Il en résulte un

allon-gement du parcours.

C’est _pour réduire cette erreur

que l’écran

E,

est en cuivre et non en

plomb.

L’allon-gement moyen du parcours

a été calculé à

_partir

des formules de

scattering.

Fig. 4.

Pour déduire la masse de la

_comparaison

_parcours

moyen-impulsion

moyenne, nous avons utilisé les

courbes de Wheeler et

_Ladenburg

relatives à l’alu-minium et au

_plomb.

_{Pour le parcours} dans le

cuivre,

nous avons utilisé les calculs de

Aron,

Hoffmann et

Williams de l’Université de

_{Californie.(2).}

On trouve comme résultat 213 -!- 3 masses

_{électroniques}

comme masse du méson _li., si l’on

_prend

les résultats relatifs

à la

_plaque

E3

et 2I _±3, si l’on

prend

ceux de la

plaque E2,

l’erreur zt 3 est celle

_qui

résulte de l’écart

type

-+ 1,5

MeV sur les

_impulsions

_{moyennes. Comme} les deux mesures ont _{à peu}

_près

le même

_poids,

leur moyenne est 212 ± 2. ± 2 est donc une erreur

qua-dratique

résultant du caractère

_statistique

de la

mesure. Mais il faut tenir

_compte

_{que le chiffre}

don-né 212

_peut

être affecté par

_{l’étalonnage}

du

champ

670

magnétique,

les incertitudes

_possibles

dans le calcul du parcours. Nous _croyons tenir

_{compte largement}

de ces erreurs en donnant pour masse du méson _N,

212 ± 5,

en bon accord avec les mesures d’autres

expérimentateurs [3,

4].

Remarque.

- Le

champ

magnétique

était

seu-lement de

₁₇₅₀

_gauss. On aurait _pu

_augmenter

la

précision

sur

_{l’impulsion}

en

_prenant

un

_champ

plus

fort.

Mais,

étant donné le caractère du domaine où

_règne

le

_{champ (haut}

et

_étroit),

le résultat eut été

dangereux :

Avec

₁₇₅₀

_gauss, le _{rayon de courbure moyen} des

_particules

arrêtées était de

₄

m et descendait

parfois jusqu’à

3,50

m. Avec un

_{champ plus}

_fort,

les

_particules

_trop

courbées auraient

_purement

et

simplement

été éliminées

_(cut’off

_{magnétique).}

Ceci aurait diminué le rendement et surtout

_supprimé

sélectivement les

_particules

les moins

_énergiques

et, par conséquent, faussé les mesures.

Mésons 1!. - Le domaine des mésons

7: arrêtés

dans

_E2

s’étendrait _{à peu près} de 210 à

_23oMeV/c.

On voit

_qu’il

y a

_{quelques particules}

dans ce

domaine,

mais il

_{s’agit probablement}

de _{la queue} de distribution des mésons p. En

I947

et

_I948

cependant,

nous avons trouvé _que cette _{queue était}

beaucoup plus

importante quand

on

_opérait

avec un filtre de

_plomb

_épais

au-dessus de la chambre. La différence étant assez

_{significative,}

nous avions conclu à la

_présence

de mésons 7: _{sous 72} cm de

plomb.

Ce résultat n’a pas été retrouvé en

_I949.

Il est encore

_impossible

de dire à

_quel

moment nous avons

été induit en erreur _par une fluctuation anormale :

soit en

_1947-1948,

cette fluctuation simulant la

présence

de mésons r, soit en

_1949,

celle-ci la

dissi-mulant.

_Cependant,

nous avons trouvé une

produc-tion locale très

_faible;

d’autre

_part,

le méson

ayant

une vie moyenne de 10- 8 s ne

_pourrait

appa-raître que s’il était

produit

localement. Nos

résul-tats de

₁₉₄₉

nous

_paraissent

donc

_plus

vraisem-blables.

Proportion

de

_protons

et mésons. - Les

_protons

arrêtés dans

E2

et

_E3

sont facilement identifiés dans

l’appareil.

D’abord _{évidemment par la} mesure de

leur masse et _{aussi parce que, dans les conditions}

de

_{l’expérience,}

ils ont une ionisation

_plus

_grande

que le minimum et se différencient nettement des mésons de même

_impulsion.

On

_peut

donc utiliser les

_protons

arrêtés dans la

_{plaque E3.}

Les résultats sont résumés par le Tableau

I,

où l’on a

_{porté :}

Iole nombre d’heures d’attente effective de la

chambre,

c’est-à-dire la durée de

_{l’expérience}

corrigée

du

_temps

_{perdu après chaque}

déclenchement;

2°

_{l’épaisseur}

du filtre de

_{plomb placé}

au-dessus de la

chambre;

30 le nombre de mésons et de

_protons

arrêtés dans les

_plaques

_E2

et

_E3.

Les chiffres _{de mésons arrêtés donnés pour}

l’expé-rience avec

_{l’épaisseur}

_{de F nulle} sont

_extrapolés.

En

_effet,

dans une

_partie

de cette

_expérience,

nous avons cherché à mieux

_séparer

les

_protons

d’éventuels

mésons T de masse 1000. Pour

_cela,

l’écran

_El

avait

été réduit à 23 _{g :} cm2 et le

_champ

_{magnétique porté}

à 2 5oo _gauss; dans ces

_conditions,

_{les mésons}

[J-étaient _{à peu}

_près

tous éliminés de

_l’appareil

_parce que

trop

courbés

_(cut’off

_{magnétique).}

TABLEAU l.

On voit que la

proportion

de

_{protons augmente}

rapidement quand

on diminue

_{l’épaisseur}

du filtre F.

Cette

_augmentation

est encore

_plus

sensible si l’on

tient

_compte

du _{fait que deux} des six

_protons

enre-gistrés

pour F = 12 cm étaient

_produits

localement

dans

_F,

_probablement

_par un _neutron, de même

pour un des deux

_enregistrés

_{sous 72} cm de

_plomb.

On

_peut

donner les résultats sous la forme sui-vante. On

_{appelle K}

le

_rapport

du nombre de

_protons

au nombre de

_{mésons ,u}

_{pour les}

_particules

_ayant

un _{parcours donné. Les valeurs de K} en fonction

de ce _parcours sont à I000 m d’altitude.

La diminution

_rapide

de la

_proportion

de

_protons

est due à

_{l’absorption}

nucléaire dans le filtre

F,

et sans doute aussi au fait que leur

_spectre

doit

décroître

_{plus rapidement}

vers les hautes

_énergies

que celui des mésons.

L’intensité différentielle des mésons calculée par nos

données est de

3,5. 10-6 méson,

par gramme d’air par seconde et _par stéradian _{pour des} mésons

_ayant

g2 g : cm2 d’air de parcours. Ce résultat est en assez

hon accord avec les chiffres donnés par Rossi

[5].

On voit que dans les

expériences

sur _la

compo-sante non

_{électronique}

du

_rayonnement

cosmique,

si l’on ne

_distingue

_{pas les protons} des mésons et si

l’on

_opére

sous un filtre

insuffisant,’

les chiffres

671

Particules de masse anormale. - Nous

enten-dons _par là toute

_particule

dont la masse n’est ni celle du

_proton

ni celle des mésons T ou _u.

Masses

_plus

_légères

que celle du méson u.

-Au cours de toutes les

_expériences

où la chambre était

_protégée

contre _{les électrons par le filtre F}

de

_plomb,

on a trouvé

_quatre

_particules

arrêtées dans

_E2

et dont

_{l’impulsion}

était nettement

_plus

faible que celle des

mésons u

de

_{l’histogramme}

_Ez.

Elles avaient environ de 120 à

_{1 40 MeV.}

Prises littéralement ces

particules

auraient une masse

d’environ 1 oo unités

_{électroniques,}

toutes les

_quatre

étaient

_négatives;

deux d’entre elles étaient des électrons secondaires créés dans la

_paroi

_supérieure

de la chambre par une

_{particule énergique}

et

_oblique.

Il n’existe aucune

_{particule légère enregistrée}

dans

E,

mieux

_protégée

contre les électrons. Le même résultat a été observé en

_I947

et

_1948.

On

peut dire que, si l’on

met un filtre de

_plomb

d’au moins 1 o cm au-dessus de la chambre de

_façon

à éliminer la

_plupart

des

électrons, il

n’y

a _pas

_plus

de deux

_particules

anormales

_légères

sur ioo mésons.

D’autre

_part,

il reste _{à peu}

_près

aussi 2 _pour 100

d’électrons secondaires de mésons

_obliques.

Le fait que les

particules

anormales sont

_négatives

et

_qu’on

n’en retrouve _pas

_d’analogue

dans la

_{plaque E3}

nous conduit à penser que les deux particules

anor-males étaient

_également

des électrons

secondaires,

la

_{particule primaire}

était,

dans ce

_cas-là,

_disposé

de

_façon

à ne _pas être observable dans la chambre. Masses intermédiaires entre le méson r et le

proton.

- Ce sont à _ces

particules

en

_particulier

que

s’appliquent

les considérations du

paragraphe

sur les erreurs. Nous n’avons donc recherché ces

particules

que

parmi

celles arrêtées dans la

plaque E2.

Au cours de

_{l’expérience}

sans filtre de

_plomb

F

faite

_{spécialement}

_{pour rechercher les mésons de}

masse oco, nous n’en avons trouvé aucun sur un

total d’heures d’attente

_{correspondant}

à 5o mésons

en _{moyenne arrêtés dans}

_E2;

leur

_proportion

ne

_peut

donc pas être

supérieure

à 2 _pour i oo dans ces

conditions. Dans les

_opérations

sous filtre de

_plomb

de

8,

12 et 72 cm, nous n’en avons _{pas trouvé}

davantage.

Donc,

dans ces conditions

_également

il

_{n’y en}

a _pas

_plus

de 2 _{pour 10oo.}

En

_prenant

l’ensemble des

résultats,

il semble donc que la

proportion

de mésons : ou de tout autre

particule

intermédiaire entre le méson 1! et le

proton

est inférieure à i _pour 10o de la

compo-sante normale de mésons _{il, pour les}

_particules

ayant

un _{parcours de} l’ordre de 60 _{g :} cm2 de

_plomb.

Il faut noter

_qu’au

cours des

_expériences

_{de 1948}

une

_particule

anormale a été trouvée dans

_E2,

sa masse se trouvait

_{précisément}

voisine de ooo.

Ceci ne

_changerait

rien au résultat

_puisque,

en

rassemblant les

résultats,

cela fait un méson -. sur 13o mésons p.

Par

contre,

rien ne

_permet

_{d’affirmer que la}

particule

trouvée en

₁₉₄₈

soit un méson 1"; en

effet,

dans l’intervalle

_{d’impulsion}

entre la zone des

mésons tu

et des

_protons,

il est

_passé,

au cours des

deux années

_{d’expérience,}

_plus

de i5oo

_particules.

Le méson en

_question

_pourrait

donc être une erreur

simultanée des

_compteurs

_C.,

et

_C6

(probabi-lité

_I/4.

_oooe)

_qui

_{s’est trouvée par hasard dans la} bande des mésons T. C’est seulement si l’on

retrou-vait d’autres masses anormales dans cette bande et

non pas dispersées au hasard entre le méson z et

le

_proton

_{que l’on pourrait} conclure.

On retrouve dans cette discussion les

caractéris-tiques

essentielles des

_expériences

_négatives.

Io Nous ne _{pouvons pas affirmer que la particule}

n’existe pas, mais _{seulement que, dans certaines} conditions

_{expérimentales,}

sa

_proportion

est infé-rieure à une certaine valeur.

2° Si l’on cherche à réduire cette limite

_supérieure,

on est _{limité par les} erreurs de l’instrument.

Si,

par

exemple,

nous étions sûrs que l’ensemble

_C.,

_C6

fait une erreur sur

4ooo particules

et _{que l’on} trouve

I o mésons :

sur 40000

mésons _F

(toute

question

de

temps

mise à

_part),

les o mésons T

_{s’expliqueraient}

tous _{par les} erreurs et l’on ne

_pourrait

conclure à

l’existence du méson T. Mais en l’absence de toute

preuve supplémentaire pour éliminer les 10 mesures,

il serait tout aussi

_{imprudent de dire que l’on n’a}

trouvé aucun méson r

simplement

en

_s’appuyant

sur

le _{fait que les 10} mesures sont vraisemblablement des erreurs.

Particules de masses

_plus

_{lourdes que celles des}

protons.

- Ici

nous

_disposons

d’un facteur nouveau :

l’ionisation. Les

_particules

_que nous mesurons

_ayant

un _parcours

_donné,

à parcours fixe les

_particules

,sont d’autant

_plus

_{lentes que leur} masse est

_plus

élevée.

Ainsi,

dans notre cas, les mésons avaient une _{vitesse telle que leur ionisation était voisine}

du minimum. Les

_protons

étaient

_{déjà plus}

ionisants

et facilement reconnaissables. Une

_{particule plus}

lourde

_{qu’un proton,}

et arrêtée dans

_E2

aurait

une ionisation encore

_plus

_grande.

Nous avons

_enregistré

21

particules

arrêtées

dans

_E2

et

_{d’impulsion}

_{plus grande}

_{que celle des}

protons

correspondants.

Toutes,

sauf une, avaient

une ionisation voisine du minimum. Il ne

_s’agit

donc pas de particules

plus

lourdes que le

proton.

La seule

_particule

d’ionisation élevée était

_positive

et

_peut-être

identifiée comme un deuton.

Pour les autres, on

_peut

les attribuer en

_partie

aux erreurs simultanées de

_C.

et

C,.

Le nombre total

de

_particules

ayant

traversé le

_{télescope C,, C3,}

_C4

pendant

toute la durée des

_expériences

est environ de 30 000; le nombre

_probable

des erreurs est donc

de 7

ou 8. Le reste doit être attribué

probablement

nucléaire résultante ne

_puisse

actionner les comp-teurs

_C5:

Ceci est _{confirmé par le fait que,} sur les

20

_particules

anormales,

16 étaient

positives.

Si l’on admet que le libre parcours moyen

d’absorp-tion des

_protons

dans le

_plomb

est de l’ordre de 30o _{g :} cm2 un

_proton

sur 20 de ceux

_qui

auraient dû

traverser

_E2

_y

est,

en

fait,

arrêté. Il suffirait donc

que la

proportion générale

de

_protons

_parmi

les

_particules

de la

_{composante pénétrante}

soit de i _pour 10o _pour

_expliquer

nos résultats. Ceci n’est pas

impensable

puisque,

nous l’avons _vu,

cette

_proportion

monte

_jusqu’à

_{2, pour} 100 _pour

les basses

_énergies.

Nous pouvons donc affirmer avec

certitude,

en

raison _{du contrôle par l’ionisation, que} nous n’avons trouvé aucune

_particule

du

_{type signalé}

_par

Ali-chanov,

Alichanian et

_{Weissenberg [6].}

Il _{faut remarquer}

_qu’il

_n’y

a rien d’étonnant à ne

trouver,

dans ces

expériences,

_{que des}

mésons y.

et des

_protons,

_{alors que le méson} r: existe sûrement

et un méson

_plus

lourd

_{probablement.}

Pour mesurer des masses avec un certain

carac-tère de

certitude,

il faut

_opérer

sur des

_particules

relativement lentes. Si elles sont

_produites

au sommet de

_{l’atmosphère,}

on n’aura que des

_particules

de vie moyenne assez

_{longues (méson ,u).}

En mettant un filtre F on

_opérera,

en

fait,

sur des

_particules

assez

énergiques qu’on

freinera

_brusquement

_pour

les ramener dans la

région

de mesure. Mais on ne

gagnera pas

grand’chose

par ce

_procédé.

On

_peut

dire en _{gros que, pour} trouver une abon-dance mesurable de

_particules

nouvelles à iooo m

d’altitude,

il _{faut que leur}

rapport ?

_{vie moyenne}

in

sur masse, ne soit pas

plus

de trois ou

_quatre

fois

inférieur au

_{rapport correspondant}

_{pour le méson p.}

La seule méthode pour identifier de nouvelles

particules

instables dans le

_{rayonnement cosmique}

est de s’adresser à des

_particules

_produites

loca-lement. En

_ajustant

_l’appareil

de

_façon

à s’assurer

chaque

fois de ce caractère «

_produit

localement »,

on éliminera du même coup le fond dû aux erreurs

inévitables faites sur les

particules

_beaucoup

_plus

nombreuses

_qui

viennent du sommet de

_{l’atmosphère.}

Détails

_techniques.

-- Les sélecteurs avaient

tous un

_{pouvoir séparateur}

de i o. i o-6 s. Ils avaient été _{construits par MM. Ferrand} et

_{Berger que}

nous

voulons remercier ici.

La chambre de Wilson était

_remplie

_d’argon,

vapeur d’eau et alcool

éthylique.

Éclairage

lampe

flash au xénon _{faite par} Claude Paz et Silva

(M.

Lemaigre). L’éclair était fourni par

une batterie

de condensateur

_{(96 p.F}

et

_{4 5oo V);}

certaines de

ces

_lampes

ont fourni

_plus

de 20 ooo éclairs de

_plus

de

₁₀₀₀

_joules

chacun.

La

_photo

centrale était

_prise

_par un

_objectif

f =

26 cm, ouverture

_{f :}

_2,9. Les

photos

latérales pour la

stéréoscopie

par des Tessar

f

= 8,5 _cm,

ouverture

_{f :}

3,5.

Film Kodak super XX.

Remerciements. - Nos remerciements vont

aussi à M.

_Lhéritier,

_qui

a commencé

_{l’expérience}

avec nous; à M.

_Boulanger,

mécanicien

spécialiste

en chambre de

Wilson,

_qui

a exécuté la

_plupart

des

automatismes de contrôle et à tous les Membres du Laboratoire de l’École

_{Polytechnique, qui}

nous ont

_{permis, par leur}

_assistance,

de faire fonctionner

l’appareil

de

_jour

et de nuit : Mlle

Bousser,

MM.

_{d’Andlau, Garnier,}

_Hoang,

Jauneau, Mabboux,

Morellet et

_Trembley.

Enfin,

et surtout, nous remercions M.

Leprince-Ringuet qui

a

_{supervisé l’expérience,}

_{pour de}

nom-breuses

_discussions

et _pour ses conseils.

Manuscrit reçu le 23 juin I950,

BIBLIOGRAPHIE.

[1] LHÉRITIER, PEYROU et LAGARRIGUE. 2014 C. R. Acad. Sc.,

1947, 225, 1304-1306.

[2] PEYROU, LAGARRIGUE et F. BOUSSER. 2014 C. R. Acad. Sc.,

1950, 230, 1058-1060.

[3] RETALLACK et BRODE. - _Phys. Rev., 1949, 75, 1176.

[4] FRANZINETTI. - Phil.

Mag., [7[, 1950, 41, 312.

[5] ROSSI. -

Analyse of Cosmic Rays Phenomena.

[6] ALICHANOV, ALICHANIAN et WEISSENBERG, J. de _Physique,