IL NUOVO CIMENTO

VOL. VII, N. 1

20 (;em~aio 1950

Propriet~ delle particelle emesse nelle esplosioni nucleari e confronto tra le esplosioni in C e in Pb. A. LOVATI, A. MURA, (:~. SALVI.~I e G. TAGLIAFERRI Istib~to di F i s i c a della Universit~ di M i l a u o

(ricevuto il 21 Dicembre 1949)

- - Si riferiscono i risultati d i u n a ricerca es~guita al Laboratorio della Testa Grigia (3500 m) con una camera di Wilson comand a t a da contatori di G.M. La ricerca t r a t t a i seguenti argomenti: a) misura del libero cammino medio per interazione nucleate delle particel|e prodotte helle esplosioni: si ~ ottenuto ~. ~ 300 g / c m ~ -~ 30 %; si discutono in particolare le correzioni apportate ai dati sperimentali per ricar a r e il valore suddetto; b) osservazioni sulla componente elettromagnetica p r o d o t t a nelle esplosioni nucleari: i nostri risultati confermano che in una esplosione nucleate possono essere etnossi pifi fotoni od elettroni, direttamente o da particelle di vita inedia estren)amente breve; c) confronto delle esplosioni nucleari prodotte in nuclei diversi ((! e Pb): questo confronto ha indicato che, almeno nei nuclei pifi pesanti, il nucleone incidente interagisce di solito con pifi nucleoni dello stesso nucleo (produzione plurima). Riassunto.

1. -

Introduzione.

N u m e r o s e r i c e r c h e sono s t a t e d e d i c a t e in q u e s t i u l t i m i a n n i allo s t u d i o d e l l e e s p l o s i o n i n u c l e a r i p r o d o t t e d M i a r a d i a z i o n e c o s m i c a (2): il v i v o i n t e r e s s e detU a r g o m e n t o ~ d o v u t o s o p r a t t u t t o al f a t t o che d a l l o s t u d i o delle e s p l o s i o n i n u c l e a r i si p o s s o n o r i c a v a r e i n f o r m a z i o n i s u l l ' u r t o a n e l a s t i c o n u c l e o n e - n u c l e o n e a d e n e r g i e m o l t o e l e v a t e , Mlorch~ n e l l ' u r t o si p r o d u c o n o d i r e t t a m e n t e m e s o n i e, d i r e t t a m e n t e o i n t e r m e d i a r i e a l t r e p a r t i c e l l e , a n c h e e l e t t r o n i o f o t o n i . L e i n f o r m a z i o n i s u l l ' u r t o n u c l e o n e - n u c l e o n e , p e r b . si o t t e n g o n o a n c o r a p e r via indiretta dMl'osservazione dell'urto nucleone-uucleo (protoni o ueutroni

(1) A. LOVATI, A. MURA, G. SALVINI e G. TAGLIAFERRI: NUOVO Cimeuto, 6, 207 (1949); Nature, 163, 1004 (1949) e bibliografie ivi citate.

PROPRIET~'k D E L L E

PARTICELLE

EMESS)~ N)SI,L~

E S P L O S I O N I N U C L E A R I ]~CC,

37

della rndiuzione cosmica c o n t r o nuclei di v a r i elementi, ehe costituiseono, per es., i setti di u n a c~mer~ di Wilson o di u n a disposizione di eontatori). Di c o n s e g u e n z a r e s t a n o t u t t o r a insolute nlcune questioni f o n d a m e n t a l i . U n a di queste /~ c e r t a m e n t e lo stabilire se, e con quale d i p e n d e n z a dalle condizioni dell'urto, nel singolo u r t o n u c l c o n e - n u c l e o n e v e n g o n o emessi pifi mesoni (prod u z i o n e multipla) o di regola u n o s o l t a n t o (produzione singola). ICicordiamo a questo p r o p o s i t o lo s c h e m a p r o p o s t o da HEISENBElCG (2)~ e quello n o n dissimile di WATAGHIi~~ (3), secondo il quale l'cnergia cinetica del nueleone incidente ~ spesa nella p r o d u z i o n e di p~recchi mesoni di bass~ e n e r g i a ; c quello s o s t a n z i a l m e n t e o p p o s t o di HEITLER C J~NOSSY (l)~ secondo il quale l'emissione di pi/1 che u n m e s o n e in u n singolo u r t o nucleone-nucleone ~ n o t e v o l m e n t e improbabile. P e r q u a n t o ci consta, le vie fino ad ora se~'uite nelb~ s p e r i m e n t a z i o n e sulle esplosioni nucleari sono le seguenti: a) ricerche ~ l l a n a t u r a delle particelle relativistiche p r o d o t t e helle esplosioni, riconoscendo i mesoni 7: per le loro p r o p r i e t h di disintegrazione e di catt u r a nucleare (P~cc~o~I (~)); b) ricerche con lustre nucleari, p a r t i c o l a r m c n t e in alta quota, d o v e la distribuzionc energetiea delle particelle p r o d u c e n t i si pub ritenere a b b a s t a n z a n o r a : q u e s t a tecnica eonsente di osservare in prossimit~ del nucleo le particelle emcsse nelle esplosioni; c) studio in c a m e r a di W i l s o n delle p r o p r i e t h delle particelle relativistiche emesse helle esplosioni, in partieob~re delle loro interazioni con i nuclei (~), (~), (7); d) studio in c a m e r a di W i l s o n della c o m p o n e n t e e l e t t r o m a g n e t i c a prod o t t a helle csplosioni nucle~ri (C]Lxo (s)). Con il prcsente la.voro noi cerchi~mo di c o n t r i b u i r c ,~llo studio delle esplosioni uucle~ri scgueudo ~ncora le vie c) c d), e c o n f r o n t a n d o inoltre la freq u e n z a e l ' a s p e t t o delle esplosioni nucleari p r o d 0 t t e in due m~teriali di peso a t o m i e o m o l t o diverso, P b e C. Q u n n t o alle inter~zioni delle particelle emesse helle esplosioni, u n a p r i m a ricerca fu f a t t a da noi (~), ed in essa, si t r o v b ehe il c a m m i n o libero medio in P b per l ' i n t e r a z i o n e nuclei/re de]le particelle rclativistiehe cmesse ~, se non si i n t r o d u c o n o necessarie correzioni t h e t e n g a n o c o n t o delle esplosioni nucleari

(2) W. HEISENBERG: Nature, 16t,, 65 (1949). (8) G. WATAGH1N: Phys. Rev., 74, 975 (1948) e 75, 693 (1949). (4) W. HEITLER e L. J).NOSSY: Congresso di Como, Settembre 1949. (5) 0. PICCIONI: Congresso della Am. Phys. Soc., New York, Gennaio 1949. (~) W. B. FRETTER: Phys. Rev., 76, 511 (1949). (7) p. M. S. BLACK~TT e Coll.: Congresso di Como, Settembre 1949. (8) C. Y. C,HAO: Phys. Rev., 75, 581 (1949) e bibliografia ivi citata.

38

A. LOVATI, A. MURA, G. SALVINI ~ G. TAGLIAFERRI

ehe r e s t a n o sepolte entro i setti di piombo, dell'ordine di 800 g/cm~; p e r i l c a ~ m i n o eorretto si trovb inveee k c~ 330 g/era ~. Suecessivamente Fl~ETTER (6) trovb per il cammino libero medio un valore massimo di 750 g/cm 2, non tenendo eonto perb della eorrezione suddetta, t~ evidente Fint~eresse di questa rieerca sulle propriet~ di interazione delle particelle relativistiehe emesse helle esplosioni. Tra l'altro 6 possibile indagare sulle modalit~ di sviluppo delle successive esplosioni nueleari da un unieo primario (9) e, in base ai risultati conseguiti per altra via sulle proprieth dei mesoni.= (10), sulla frazione di protoni emessi helle esplosioni. Q u a n t o ~.l confronto t r a il C e il Pb, esso ha lo seopo, nell'impossibilit~t gi~ dett'~ di studiare d i r e t t a m e n t e l'urto nueleone-nneleone, di indic~re se di n o r m a

,

10

f~ 20

30 cm

B

I

I

8

0000

9

W~////////J////YY~

Fig. 1.

il nucleone incidente interagisce f o r t e m e n t e con pifi di un nucleone del nucleo (produzione plurima (,1)); e se i mesoni emessi in un singolo urto nucleonenueleone sono uno o pifi (produzione singola o multipl~). RitenianlO che i nostri risultati possano contribuire a risolvere la p r i m a di queste due questioni.

(9) ~V. H E I T L E R e L .

J A N O S S Y : Proc.

PhYs. Soc.,

A

62, 374 (!949).

(lo) 0. PlCClOM: Congresso di Como, Settombr e 1949. (11) L. JkN0ssY: Phys. Rev., 6~, 345 (1943).

P R O P R I E T ) t DEI,I,E P A R T I C E I A , E EMESSE

1'2. -

Disposizione

N E L I , F ESPI,O~qIONI ,NUCLEARI ECC.

39

sperimentale.

L a ricer(~a ~ st~tt~ e s e g u i t a nei m e s i d a l g i u g n o ~1 n o v e m b r e 1949 al L a b o r a t o r i o delb~ T e s t ~ G r i g i a (3 500 m sul livello del m a r e ) con u n a c a m e r a di W i l s o n (die,metro 32 cm e p r o f o n d i t ' ~ i l l u m i n ~ t a 10 cm) ( . o m : m d ~ t a d a u n d i s p o s i t i v o di c o n t a t o r i di G.M.. Lu d i s p o s i z i o n e s p e r i r n e n t ~ l e ~ r a p p r e s e n t a t a nella fig. 1. L a c a m e r a 5 c o l l o c a t a in u n teles(',opio di 4 p i a n i di ( ' o n t a t o r i A, B, C, D. I1 p i a n o A 6 c o s t i t u i t o d:t d u e c o n t ~ t o r i (28 • c m '~) in p a r a l l e l o ; i p i a n i B, C e D sono c o s t i t u i t i d~ 4 c o n t u t o r i c i a s c u n 0 (15 • cm 2 p e r il p i a n o B ; 30 • cm" p e r i p i ~ n i C e D). S o p r ~ il t e l e s c o p i o 6 p o s t o u n o s t r ~ t o d i 10 c m di P b ( i n d i c a t o con l~ letter~l ~ nella tigur~) e f r a i p i a n i C e D u n o s t r ~ t o di 2,5 c m di P b . L ~ c~mera. ~ e o m u n d ~ t ~ d~ e 0 i n c i d e n z e s e t t u p l e (un c o n t a tore A + ~dmeno d u e ( ' o n t ~ t o r i q u u l u n q u e di cias(,uno dei grupI)i B, C, D). Q u e s t a d i s p o s i z i o n e 6 s t n t a sceltu p e r fltvorire gli e v e n t i di s c i n m e e di e s p l o s i o n e n u c l e a r e r i s p e t t o :flla r i v e l a z i o n e di m e s o n i [z ~ c c o m p a g n a t i d a secondari elettronici. ( ! o m e si vede nell~ tiff. 1, il n o s t r o d i s p o s i t i v o di c o n t a t o r i 5 f o r t e m e n t e seherm~tto ~i lnti, a p r o t e z i o n e d a g l i s c i a m i c l e t t r o n i c i h~terali. L a c n m e r n c o n t i e n e 7 b~stre. D ~ d l ' a l t o al b n s s o : I I[ I[I IV

lastra. )) )) )) V )) V] ), VII ))

16,5 g / c m ~ 16,5 )) 1,8 ~ 1,8 )) 1.8 )~ 1,8 ,) 1,8 ))

-

piombo piombo c a r b o n i o (densit'A 1,5)] piombo

-

(,arbonio

- piombo - ,!arbonio

L a c a m e r a b ri(,mpita d ' A r g o n , s a t u r ~ t o ( t a u n a mis(.ela di 'ficool etilico e d :Jequa, alla p r e s s i o n e di 85 e m di Hff. L ' i l l u m i n a z i o n e delb~ c a m e r a b o t t e n u t a p e r m e z z o di ((flash lamt))) (Siemens. t i p o SF/4-2(I(10 v o l t - 100 [xF). L a f o t o g r a f i a b s t e r e o s c o p i ( . a : d u e m a c c h i n e f o t o g r a f i c h e , i m p i e g a n t i pellicola d a sehermo~o'rafi~, sono p o s t e a d ~mgoli di 20 ~ r i s p e t t o albl n o r m a l e ' d l a cam(,ra.

3.

-

Eventi

osservati.

N e l l a n o s t r a d i s p o s i z i o n e le e s p l ~ 1 7 6 n u c l e a r i sono d i s t i n g u i b i l i dalle i n t e r a z i o n i e l e t t r o m a g n e t i c h e ( s c i a m i e l e t t r o n i c i , e l e t t r o n i s e c o n d a r i d ' u r t o , etc...), p e r l~ p r e s e n z a di p a r t i(.elle f o r t e m e n t c i o n i z z a n t i , o di p a r t i c e l l e p e n e t r a n t i ,

40

A. LOVATI~ A. MURA~ G. S A L V I N I e G. T A G L I A F E R R I

o p p u r e di p i h p a r t i c e l l e i o n i z z u n t i u s c e n t i d a u n u n i c o p u n t o di u n s e t t o l e g gero. N o i a,bbiamo u t i l i z z ~ t o a s e c o n d a della l o e a l i t ~ di p r o d u z i o n e (nel p i o m b o S s o p r a la ca,mera o nei s e t t i p e s a n t i o leggeri) l ' u n o o l'a,ltro dei c r i t e r i s u d d e t t i . F r a le '2 120 f o t o g r a f i e o t t e n u t e in 610 ore a bbi'~mo p e r t a n t o p r e s o in considera.zione le fotogr,~fie che e o n t e n e v a n o : a) p a r t i c e l l e o r i g i n a t e in u n ' e s p l o s i o n e nu(,leare nel p i o m b o 8 s o p r a l a c ~ m e r a , f r a le q u a i l si t r o v i n o a h n e n o d u e p a r t i c e l l e p e n e t r ~ n t i (1..) ( s c i a m i p e n e t r ~ n t i ) o a.hneno u n ~ p a r t i c e l t ~ p e n e t r a n t e e uno s e i a m e e l e t t r o n i e o (seiami misti) ; b) g r u p p i di p a r t i c e i l e , o r i g i n ~ t i nei s e t t i d e l l a e a m e r a , e e o s t i t u i t i d a : I) a l m e n o d u e p a r t i c e l l e di eui ,~.lmeno u n a f o r t e m e n t e i o n i z z a n t e {eftterio valido per tutti i setti); I [ ) a.lmeno q u a t t r o p a x t i c e l l e r e l a t i v i s t i e h e (13) (criterio v a l i d o p e r i setti leggeri) ; I ] I ) a.lmeno d u e p a r t i c e l l e p e n e t r a . n t i ( c r i t e r i o v a l i d o p e r il p r i m o s e t t o ) ; e) pa.rticelle p e n e t r a n t i di e s p l o s i o n e n u c l e a r e che nei fotogr~tmmi .appa.iono diffuse ('on a n g o l o di a l m e n o 10o; t Mi diffusioni sono sta,te c o n s i d e r a t e di natura, n u c l e a t e , d a t o t h e la proba,bilit~ ehe esse siano p u r e diffusioni c o u l o m b i a n e (' c e r t ~ m e n t e b a s s a . L~ t a b . I r i p o r t ~ il n u m e r o delle e s p l o s i o n i n u c l e a r i , r i p a r t i t e a s e e o n d a del luogo di p r o d u z i o n e . TABELLA

I.

--

Numero delle esplosioni ~tucleari osserva[e.

lmogo di generazione

Piombo S . . . Piombo (Setti Carbonio (Setti Piombo (Setti

. . . . . . . . . I, II) ...... I l I , V, VII) IV, V]) .....

~lllll~ro

delle esplosioni nucleari

241 137 44 54

(12) Cllia.mianlo qui pt~rticolle penetranti quelle particell.e ionizzanti elm traversano almeno un setto di piombo di 16,5 g/cm 2 senza produrre secondari. In effetti la probabilits che un elettrone traversi uno dei setti di piombo senza moltiplicarsi non trascurabile: t u t t a v i a l'errore che ne deriva non b tale da influenzare i nostri risultati; per una discussione cfr. A. MURA, G. •ALVINI e G. TAGLIAFERRI: Nuovo Cimento, 4, 19 (1947); G. SALVINl: NUOVO Cimento, 5, 213 (1948). (~3) La probabilit& che tall eventi siano di natura elettromagnetica (uno sciametto elettronico sviluppato da un fotone o da un elettrone, o pifi elettroni di knock-on, eec.) molto nfinore dells probabilit& che si t r a t t i di ~splosione nucleare. Questo perch,+ gli spessori di Pb e di C corrispondono rispettivamente soltanto a ~-~ 1/3 e a ---1/30, di lunghezza di radiazione.

A. LOVATL A. ~IUICA, (~I. SALVINI (~ (~. TAGLIAFERRI

Flu'. 2.

Fig. 3.

FIR'. 4.

FIR'. :5.

Fig. 2. - 'I're~ parl,ieelt~ }mnel.rant, i e,nlc.sse in m m e s p h ) s i o n e nn~;l~are he] ]~ionlbo fi att;r;Iversa~no la ea.mera d M l ' a l t o al basso, l~n~t di esse p r o d u c e m m nuova, e s p l o s i o n e nel setbto 11, con 4 pa,rticel]e f o r t e m e n t e ionizza,nti e, 9 e h e i o n i z z a n o vorso il m i n i m o . [,; que.~to ml e s e m p i o t i p i e o di quegli evonCi dM q u a l i si i; r i e ~ w t l o il libero e a m m i n o m e d i o p e r intera.zi(me n u e l e a r e del]e p~rt, ieelle, pe, net~rant~i p r o d o t t e helle e.aptosim}i. Fig. 3. S e i a m o mis~o p r o v e n i e n t e da! p i o m b o ,q' a o p r a la c a m e r a , con M m e n o 4 pa,rt, ieelle p e n e t r a , n t i . [TIIII di q u e s t e p r o d u c e he] sett, o l l m ~ ' e s p l o s i o n c con 8 l m r t i e e l l e forfeme, n t e e 5 d e b 0 1 m e n t e ionizza,nti. Fig. 4. - l',n o'ruPlm di pa.rtiec, lle di cni a l m c n o 6 penei, ra, ni, i, emease, in ram, c s p l o s i m m mwle'~re nel pion~bo ,q~, a t t r a v c r s a , 1~ c a r e e n s , d~mdo l u o g o a, m m v e c s p l o s i o n i nel I e nel VI s e t t o di P b , e ad u n o s c i a m e e l e t t r o n i c o nel I seato (a sinistra, della esplosione). Fig. 5. - [Tllll, p,~rt,icella pene.t, ranf, e p r o d u c e he.1 s e t t o II ( P h ) u n a e,slflosione n u c l e a t e c o n 1 p~rt, icetta, fm'l,an~e, nt, e e 8 d e b o ] m e n t e ionizzm~ti, l h m di q n e s t e i ) r o d n e e ram. m m v a . e s p l o s i o n e nel set to V (C).

A. LOVATI, A. MURA, G. SALVINI e G. TAGLIAFERRI

Fig. 6.

Fig. 7.

Fi~'. ~.

Fi~'. 9.

Fig. 6. Esplo~ione m l e l e a r e nel s e t t o I eou c~omponcmte e l e t i r o n ~ a g n e t i e a (sciame misto). Nella esplosione vellgono'.emesse 2 parti~.elle fort.en-lellt~ e a l m e n o 15 d e b o l m o n t e ionizzanti. U n a pai'tieella dell'esplosione d'~ origine nel set, to II a d m m s e i a m e t t o , ehe si manifesLa a l l ' u s e i t a s o n alineno 10 e l e t t r o n i . Fig. 7. Seiame m i s t o dal s e t t o I. Partieelle emesse nell'esplosione m w l e a r e d : m n o luogo a 2 s e i a m e t t i di 4 e 6 e l e t t r o n i r i s p e t l i v a m e n t e , a,ll'useita dal setto II di P b . Gli a ssi dei due s e i a m e t t i f o r m a n o u n angolo di 30 ~ [,'ig. 8. - U n a p a r t i e e l l a p e n e t r a n t e a t t r a v e r s a 4 setti della c a m e r a , e nel V sotto (C) produce, u n ' e s p l o s i o n e ehe emer~'e con 2 partieelle f o r t e m e n t e i o n i z z a n t i e 6 vexso il min i m o di ionizzazione. Fig. 9. F s p l o s i o n c nel s e t t o I V di P b , prodo~;ta d a m m p a r t i e e l l a pene.l;rante ( m ' d visibile nel eliel,:, ma. e h i a r a n l e n t e d i s t i n g u i b i l e nel n e g a t i v o ) con 6 partieelle f o r t e m e n t e i o n i z z a n t i e 6 verso il m i n i m o di ionizzazione.

PROPRIET:'tr DELLE

4. -

Libero c a m m i n o

PARTICELLE

EMESSE

NELLE

m e d i o per i n t e r a z i o n e

~SPLOSIONI

NUCLE~.RI

F~CC.

41

nueleare.

Noi a b b i a m o a n z i t u t t o misurato, in m o d o simile ~ quello seguito nel n o s t r o p r e c e d e n t e lavoro (1), il libero c a m m i n o medio in P b per interazione nucleare (esplosione nueleare e diffusione ad angolo elevato) delle partieelle p e n e t r a n t i di esplosioni nueleari p r o d o t t e nel p i o m b o S, posto sopra la emnera. Si sono p e r t a n t o prese in considerazione le 241 esplosioni nueleari nel p i o m b o S (tab. I) a p p a r s e nella c a m e r a come seiami p e n e t r a n t i o misti. I n q u e s t e esplosioni si sono o s s e r v a t e in t u t t o 662 particelle p e n e t r a n t i , le quali a t t r a v e r s a n o t r a setti p e s a n t i e leg',aeri un totMe di 2 4 4 0 0 ~'/cm 2 di P b : queste partieelle p r o d u e o n o 30 esplosioni nueleari (esempi tipici sono riport a t i nelle figg. 2, 3, 4) e m o s t r a n o 8 diffusioni ad angolo elevato nei setti di p i o m b o della camera. P u r non p o t e n d o eseludere t h e u n a p a r t e di queste diffusioni siano f e n o m e n i a sg, noi r i t e n i a m o ehe esse siano di m a s s i m a esplosioni nueleari emerse dai setti con u n a sola partieella verso il m i n i m o di ionizza.zione. I1 e a m m i n o medio per interazione nucleate in P b risulterebbe p e r t a n t o : : (1)

24 4OO k'= . . . . 38

640 ~ ' e m 2,

(;on un errore statistico del 20 %. I1 valore (1) 5 m a g g i o r e dell'effettivo c a m m i n o libero m e d i o per i n t e r a z i o n e nuclenre, poieh6 (.ertamente u n a b u o n a p a r t e delle esplosioni p r o d o t t e , partie o l a r m e n t e di quelle p r o d o t t e nei setti p e s a n t i di P b (I e I I ) , o sono emerse dal setto con c a r a t t e r i s t i c h e tall da n o n essere rieonosciute ('ome esplosioni in base ai criteri del n. 3, o non sono emerse affatto. P e r rieavare l'effettivo e a m m i n 0 libero medio d o b b i a m o v a l u t a r e il n u i n e r o tota le delte esplosioni p r o d o t t e nei setti dalle particelle p e n e t r a n t i , s t i m a n d o le probabilith t h e u n a esplosione nucleare prodott,~ nei setti pesanti o leo'o'eri di P b ven~'a riconoseiuta come tale. P e r v a l u t a r e il n m n e r o effettivo delle esplosioni a v v e n u t e nei setti, p r e n d i a m o in considerqzione s o l t a n t o le esplosioni nucleari ri.velate col (.riterio i (almeno due partieelle di eui una a h n e n o f o r t e m e n t e ionizz~nte). Q u e s t o c r i t e r i o di rivelazione 6 c o m u n e sia ai setti pesanti che a quelli leg~'eri di Pb, ed 6 valido, d ' a l t r a parte, per la mao'~'iorp a r t e delle esptosioni nucleari da noi osservate. I n d i c h i a m o con P'r e Pt le probabilit~ ehe u n a esplosione n u c l e a t e a v v e n u t a in uno dei setti di p i o m b o p e s a n t i o leg~'eri sia r i v e l a t a (ton il eriterio I , e c o n nT ed nt i n m n e r i di t u t t e le esplosioni p r o d o t t e da partieelle ionizzanti r di sciame o no, e r i v e l a t e con lo stesso eriterio. L a probabilit~ Pt e a b b a s t a n z a vieina all'unit'S, d a t o che si t r a t t a di esplosioni p r o d o t t e da pa.rticelle ionizzanti, e r e s t a n o quindi escluse le stelle di

42

A: LOTVATI, A .

MURA

G. S A L V I N I e G. T A G L I A F E R R I

b a s s a e n e r g i a , p r o d o t t e p r e v a l e n t e m e n t e d a n e u t r o n i . L a sua s t i m a e o m p o r t a p e r t a n t o u n e r r o r e r e l ~ t i v ~ m e n t e piccolo. D a i l a v o r i di BRIDGE e e o l l a b o r a t o r i (1~), di HARDING e e o l l a b o r a t o r i (15) e d e l l a seuota di B r i s t o l (1~), a b b i a m o v a l u t q t o p~ ~ 0,85. Se si a m m e t t e (come a p p ~ r e a n e h e d a u n e o n f r o n t o d i r e t t o ) ehe t u t t e le e s p l o s i o n i o s s e r v ~ t e n e l l a c a m e r a e p r o d o t t e d a p ~ r t i e e l l e i o n i z z a n t i si~no dello s t e s s o t i p o , p e r n u m e r o ed e n e r g i a delle p a r t i e e l l e f o r t e m e n t e i o n i z z a n t i , di (luelle p r o d o t t e d a p a r t i e e l l e p e n e t r a n t i di p r e e e d e n t e e s p l o s i o n e nel p i o m b o S, si h a : ~2)

PI'

~tT l

~

P, ,

e s o s t i t u e n d o n e l l a (2) i v a l o r i s p e r i m e n t a l i n ~ , - - 60 e nt = 19, si ha p 2 , ~ 0,3. D i v i d e n d o a l l o r a p e r le p r o b a b i l i t ~ p~ e PT i h u m e r i de[le e s p l o s i o n i n u c l e a r i p r o d o t t e nei s e t t i l e g g e r i e p e s a n t i di P b d a p ~ r t i e e l l e p e n e t r a n t i di s c i a m e p e n e t r a n t e o m i s t ~ e r i c o n o s c i u t e in b a s e al e r i t e r i o I (24 e 6 r i s p e t t i v a . m e n t e ) , si r i e a v a n o i n u m e r i p r e s u m i b i l i delle e s p l o s i o n i n u c l e a r i e f f e t t i v a m e n t e a v v e n u t e nei s e t t i di p i o m b o d e l l a c a m e r a . P e r r i e a v a r e il v a l o r e del l i b e r o e a m m i n o m e d i o )~ 6 n e c e s s a r i o p o i a p p o r t a r e u n ' a l t r a c o r r e z i o n e ( ~ 10 %), p e r t e n e r e c o n t o cbe la d i s p o s i z i o n e geom e t r i c a dei c o n t a t o r i e dei s e t t i d e l l a c a m e r a , e d il t i p o di c o i n c i d e n z a d a noi u s a t o , d a v a n o u n a p r e f e r e n z a alle e s p l o s i o n i in S con s u c e e s s i v a i n t e r a z i o n e nei s e t t i , r i s p e t t o a qnelle s e n z a s u c c e s s i v e i n t e r a z i o n i l I n d e f i n i t i v a ~ b b i ~ m o r i e a v a t o il v a l o r e : (3)

~ = 300 g / e r a 2 ,

,con u n e r r o r e p r o b a b i l e t h e a b b i a m o s t i m a t o p o t e r essere • 30 %. A n e h e nel n o s t r o p r e e e d e n t e l a v o r o , d o v e gi~ fu f a t t a la s t i n m di )~, t r o v a n d o u n v a l o r e di 330 g / e r a 2, noi d o v e m m o v a l u t ~ r e p, e p e r u n a v i a pifl i n d i r e t t a . I v a l o r i a l l o r a t r o v a t i p e r il l i b e r o c a m m i n o m e d i o e p e r 18 p r o b a b i l i t h p (p ~ 0 , 4 p e r u n s e t t o di 13 g/era 2 di p i o m b o ) sono s e n z ' a l t r o in a e e o r d o r

i nostri risult~ti ~ttuali. R e e e n t e m e n t e FlCETTER (~), i m p i e g a n d o u n a c a m e r a di W i l s o n eom, en e n t e 16 s e t t i di p i o m b o d a 14 g / c m 2, h a o t t e n u t o p e r il l i b e r o c a m m i n o m e d i o p e r s u c c e s s i v e i n t e r a z i o n i n u c l e a r i u n l i m i t e s u p e r i o r e di 750 g / c m ~, in b u o n

~wcordo con il v a l o r e d a t o n e l l a (1).

(14) H. S. BRIDGE, W. E. HAZEN, B. RossI e R. W. WILLIAMS: Phys. Bey., 74,~ 1083 (1948). (15) j . B. HARDING, S. LATTIMORE e O. H. PERKINS: Proe. Roy. Soc., A 196, 325 (1949). (16) R. H. BROWN, [7. CAMI~RINI,P. ~1. FO'WLER, H. HEITLER, D. T. KING e C. F. POW~ELL: Phil. Mag., 40, 862 (1949),

PROPRIETA

DELLE

PARTICEI,LE

EMESS]~:

NELLE

ESPLOSIONI

NUCLEARI

ECC.

4;~

Nelle sue m i s u r e , FI%ETTER r i c o n o s c e v a le e s p l o s i o n i n u c l e a r i in b a s e ai c r i t e r i d a noi i n d i c a t i , al n. 3, c o m e I e I I I . ~Nel ] a v o r o di FRETTEg non sono i n d i c a t i i n u m e r i p a r z i a l i delle esplosioni r i v e l a t e eoi c r i t e r i I e I I I , m a solt a n t o il n u m e r o t o t a l e delle e s p l o s i o n i o s s e r v a t e , I n b a s e ai r i s u l t a t i d e l l a s c u o l a d i B r i s t o l (~+) noi a b b i a m o s t i m a t o il n u m e r o di e v e n t i r i v e l a t i con it c r i t e r i o [ d a FRETTE~t e di c o n s e g u e n z a a b b i a m o c a l c o l a t o la c o r r i s p o n d e n t e p r o b a b i l i t ~ di r i v e l a z i o n e p e r i s e t t i dell'~ c a m e r a d a l u i i m p i e ~ a t a . A p p l i c a n d o q u e s t a c o r r e z i o n e a b b i a m o d e d o t t o d a i d a t i di FRETTER 1111 v a ! o r e di 360 g/cm", in a c e o r d o con q u e l l o d a t o n e l l a (3). L a c o n o s c e n z a del v a l o r e del c a m m i n o l i b e r o m e d i o )., p e r m e t t e d i s t i m a r e l ' o r d i n e di g r a n d e z z a d e l l a p e r c e n t u a l e di m e s o n i e di p r o t o n i e m e s s i helle e s p l o s i o n i n u c l e a r i a 3 500 m e t r i . S i a n o k la p e r c e n t u a l e di p r o t o n i e Z~ e k,, i c a m m i n i m e d i p e r i n t e r a z i o n e n u c l e a r e dei m e s o n i r: e dei p r o t o n i . A m m e t t e n d o che le p a r t i c e l l e p e n e t r a n t i e m e s s e helle e s p l o s i o n i n u c l e a r i s i a n o essenz i a l m e n t e p r o t o n i e m e s o n i ~, si h a : 1

k

1--k

.~

k,,

k=

A s s u m e n d o k z 300 g / c m 2, c o m e k.---- 160 g / c m 2 (~7) a b b i a m o :

si

6 ottenuto

),~ - -

nel

presente

la~'oro,

e

160

PICCIONI (10) h a t r o v a t o t h e il l i b e r o c a m m i n o m e d i o p e r i n t e r a z i o n e nu+ e l e a r e d e i m e s o n i r c b m o l t o m a g g i o r e del c a m m i n o g e o m e t r i c o . T e n e n d o c o n t o delle p o s s i b i l i i n c e r t e z z e di q u e s t o r i s u l t a t o , noi r i t e n i a m o che il l i b e r o e a m m i n o m e d i o p e r i n t e r a z i o n e n n e l e a r e d e i m e s o n i 7: in p i o m b o d e b b a essere a l m e n o m a g g i o r e o d u g u a l e a 4 l i b e r i e a m m i n i m e d i g e o r n e t r i c i , cio(~ ~ 6 4 0 g/cm% S o s t i t u e n d o n e l l a (4) r i s u t t a p e r t a n t o k ~ 1/3. P o s s i a m o q u i n d i dire t h e nelle e s p l o s i o n i n u c l e a r i a 3 5 0 0 m~ s u p p o s t o che le p a r t i c e l l e p e n e t r a n t i e m e s s e s i a n o m e s o n i e n u c l e o n i , a h n e n o 1/3 di esse sono p r o t o n i . Q u e s t o r i s u l t a t o 6 in d i s c r e t o a c c o r d o con quelli di BLACKETT e c o l l a b o r a t o r i (7): q u e s t i a u t o r i t r o v a n o i n f a t t i ehe c i r c a il 50 ~ delle p a r t i c e l l e e a r i c h e p r o d o t t e nelle e s p l o s i o n i n u c l e a r i sono p r o t o n i .

(!7) G. CoccoM: Phys. Rev., 76, 984 (1949). Come il prof. CoCC0NI ci ha fatto osservare, alcuni dei protoni rivelati da noi come particel!e penetranti poss0no avere energie relativamente basse (< l0 ~ eV). In t a l caso il valore di k,, in P b potrebbe risultare maggiore di 160 g/cm 2. Noi riteniamo che questa incertezza introduca un errore minore di quelli delle altre grandezze sperimentali, dalle (mali ricaviamo il valore di k.

44

A.

LOVATI,

A.

)IUP~A~

G. S A L V I N I

e

G. T A G L I A F E R R I

5. - La c o m p o n e n t e e l e t t r o m a g n e t i c a prodotta nelle e s p l o s i o n i nucleari.

Le ricerche di vari autori (8) (s) hanno definitiv~mente mostrato che nelle, esp]osioni nucleari non 6 affatto traseurabile l'emissione di elettroni o di fotoni, n6 per i numero di particelle emesse, n6 forse~ come R o s s I (18) ha indieato, per la frazione di energin spesa nella loro produzione. La nostra disposizione ha permesso di stabilire la presenza di elettroni o fotoni nelle esplosioni prodotte nel setto I, in base alla eventuale moltiplieazione in ca seat~ nel setto successivo (eft. figg. 6 e 7). Come la tab. I I indiea., su 55 esplosioni osservate nel I setto, 24 mostrano sieuramente 19 presenza di componente elettromagnetiea, eventualmente insieme a partieelle penetranti (1~). TABELLA II. - Componente elettromaguetica helle esplosio~d uucleari nel I setto (16,5 g/cm 2 di Pb). Numero di sciametti elettronici all'uscita dal Setto 1I

Numero delle esplosioni nucleari con particelle penetranti

senza particelle penetra.nti

20

ll 4

9

3 6

1 1

Totale

31 4 7

24

Vogli~mo fare alcune osservazioni su questa componente elettromagneticaGli elettroni o fotoni emessi d'~nno luogo di n o r m a a sciametti emergenti dal setto I I con 3-10 elettroni. Sui f o t o g r a m m i gli ~ssi degli sciametti formano tra loro angoli molto ampi, fino a 30 ~ e, in tre casi, sino a pifi di 40 o. Come gih CHAO (s) ha indicato, queste aperture angolari mostrano che l'intera produzione elettromagnetiea non pub avere origine da un solo elet, trone o fotone e m e s s o nell'esplosione, t~ pertanto necessario a m m e t t e r e la produzione indipendente di pifl fotoni o elettroni. Come 6 noto LEwIs, OPPENHEIMER e WOUTHUYSEN (19) hanno suggerito che la componente elettromagnetica trugga origine dalla immedi~ta disintegrazione di particelle neutre emesse nell'urto. Questa ipotesi parrebbe essere eonfermata anche d~i nostri f o t o g m m m i , perch6 il numero degli sciumetti e

(is) B. RossI: Bey. Mod. Phys., 21, 104 (1949). (19) H. W. LEwIs, J. R. 0IDPI~NHEIMER e S. A. WOUTHUYSJ~N: Phys. Rev., 73, 127 (1948).

PROPRII~;T~'s

DEI,I,J~: PARTICEIA,I,; EIMESSE NEI,I,I~;

ESPLOSION1

N U C L E A R I F~CC.

45

le a p e r t u r e a n g o l a r i f r a i loro assi sono c o n f r o n t a b i l i con il n u m e r o e le a p e r t u r e a n g o l a r i delle p a r t i c e l l e p e n e t r a n t i . I n o l t r e un:~ s t i m a d e l l ' e n e r g i a m e d i a dei p r i n m r i dellc piccole c a s c a t e e l e t t r o n i c h e p r o d o t t a nel s e t t o I I , p o r t a a d un va.lore di c i r c a 500 M e V ; e q u e s t a e n e r g i a m e d i a ~: c o n f r o n t a b i l e con q u e l l a -delle pa.rticelle p e n e t r a n t i , q u a l e a p p a r e d a l l e m i s u r e di [{,OCHESTER (20). l~, n o t o p e r b t h e r e c e n t i ri(;erche sugli s c i a m i estesi (2~) i q u a l i sono con m o l t a probabitit'A lo s v i l u p p o delle pifi e n e r g i c h e f r a le e s p l o s i o n i con c o m p o n e n t e eh, t t r o m : t g n e t i c a , d~,nno r i s u l t a t i in d i s a c c o r d o con l ' i p o t e s i s o p r a ricordata. R e ( , e n t e m e n t e ~ltri a u t o r i (~'~) h n n n o a v a n z a t o l ' i p o t e s i c h e l a c o m p o n e n t e e l e t t r o m a g n e t i c a p o s s a essere o r i g i m r t a p e r i r r a g g i a m e n t o d a l n u c l e o n e u r t a n t e 0 u r t a t o 0 d a i m e s o n i e m e s s i n e l l ' u r t o . L a p r o b a b i l i t h di q u e s t i p r o c e s s i s a r e b b e i n f a t t i a b b a s t a n z a elevata, p e r r e n d e r e (:onto d e i f a t t i s p e r i m e n t a l i . A n c h e q u e s t a i p o t e s i , (',he b. ~mcora in u n a fase e s p l o r a t i v a , n o n 6 in c o n t r a d d i z i o n e con q u e s t e n o s t r e o s s e r v a z i o n i p r e l i m i n a r i sulla c o m p o n e n t e e l e t t r o magnetica.

6. -

Confronto

delle

esplosioni

nucleari

in Piombo

e in Carbonio.

N e l l a t a b . I I [ 6 d a t ~ in d i s t r i b u z i o n e delle e s p l o s i o n i n u c l e a r i o s s e r v a t e nei s e t t i leggeri di c a r b o n i o e di p i o m b o , a s e c o n d a del n u m e r o di p a r t i c e l l e relat i v i s t i c h e emesse. C o m e si v e d e , non si sono o s s e r v a t e nel c a r b o n i o , sino a d ora, e s p l o s i o n i cosi r i c c h e di p ' t r t i c e l l e r e l a t i v i s t i c h e d a i n d i c a t e d i r e t t a m e n t e la p r o d u z i o n e m u l t i p l ~ di mesoni n e l F u r t o n u c l e o n e - n u c l e o n e (n. 1).

TAI~I~LI,A I l l . - Esplosioni nucleari osservate nei setti leggeri di carbo~tio e di piombo, distribuite seco~tdo il numero delle yarticelle relativistiche. (Nel numero delle particelle relativistiche non ~ compresa, la eventuale particella che appare aver prodotto l'esplosione). 3

\\

C Pb

II

3

12

i ~

6

7

i '

8

i

i

i

6

1. !1o ,

!

4

2

1 I

5

~;

'

i

t

I

I

:

9

l0

-\ i

--

(20) (J. D. ROCHESTER: Rev. Mod. Phys., 21, 20 (1949). (z') G. CoccosI, V. T. C.OCCONI e K. GR~iSE~: Phys. Re v,. 76, I020 (1949). (zz) J. L. POW)3LL: Phys. Rev., 75, 32 (1949); S. HA]'AKAWA: Phys. Rev., 75, 1759 (1949) e 75, 1958 (1949); L. I. •IIIFF** Phy s. Rev., 76, 89 (1949).

4-6

A. LOVATI, A. MURA, (;. SALV1NI O, G. T A G L I A F E R R I

Ci s e m b r a invece che dai dati della tab. I l l si possa ~rrivare a concludere che di norm~ il nucleone incidente inter;~gisce f o r t e m e n t e con pifl di un nucleone del nucleo, producendo eventua.hnente mesoni in ognunu di queste intera.zioni (produzione plurima, n. 1). A questo scopo c o n f r o n t i a m o quelle esplosioni in carbonio e in piombo chc contengono ulmeno 4 partieelle relativistiche. L a rivelazione di tnli esplosioni non dipende dnlln presenza di particelle f o r t e m e n t e ionizzanti, le qua.li potrebbero fi~vorire b~ rivelazione delle esplosioni in piombo per l~ pifl a b b o n d ~ n t e evapornzione. D:flla tabelht si ricava per il r a p p o r t o t r a il numero di esplosioni osservate con n ~ 4 particelle relativistichc in carbonio ed il n u m e r o corrispondente di esplosioni in piombo, il v~lox'e di 0,65 ~ 0,3. Le superficie utili complessive dei setti leggeri di P b e C sono rispettiwtm e n t e di 540 cm 2 e di 780 cm ~. F u t t a lu riduzione ad uguuli superficie esposte, si o t t i e n e per il suddetto r a p p o r t o : r ---- 0,45. Se le esplosioni fossero d o v u t e ad un unico urto nucleone-nucleone uelt'interno deI nueleo di C 0 di Pb, e se la sezione d ' u r t o nucleare fosse quell;t geomet.ric~, il valore di r d o v r e b b e risultare circ,~ 2,6. ~Non ~ perb certo che le sezioni d ' u r t o nucleari per questi fenomeni siano quelle geometriche, perch~ p u s essere the i nuclei, particolurmente quelli leggeri, presentino quulehe (( t m s p a r e n z a )). Unu stima precisu di questa e quindi della effettivu sezione d ' u r t o non ~ ~tttualmente possibile, poieh~ le determinaz{oni sperimentali sono fortemente influenzate dalla disposizione sperimentnle usata. T u t t a v i a , sin lu determinazione del c a m m i n o di assorbimento della c o m p o n e n t e nucleonic~ nell'~ria ( ~ 120 g/cm 2 (23)), t h e le reeenti misure di CoccoNI (24), iudicano che a l pifi la sezione d ' u r t o del ca rbonio p o t r e b b e ridursi !~ 3/5 di quellu geometric~. I n tal cuso il v~lore di r p o t r e b b e scendere sino a. circ~ 1,6 e questo valore 6 ~mcora suffieientemente lontuno dal nostro valore sperimentale r ~ 0,45. I n conclusione l'iuterazione the produce l'esplosione nucleure deve essere pluriina, almeno nei nuclei pesanti. Questo risultato 4 in accordo con i pifi recenti punti di vista assunti sia d~ HEISENBERG (2~) the da HEITI;ERJ~NossY (4). ]~ nostro gradito dovere ringr~ziare il prof. GIOVANNI P O L V A N I , direttore di questo Istituto, per il suo costante a.iuto ed incoraggiamento. Ringrazinmo il prof. BRUNO FER~ETTI per le utili discussioni s u l l ' a r g o m e n t o della presente ricerc~. (~a) G. BERNARDINI, G. CORTINI e A. MANFR:EDINI: 2~UOVOCimen$o, 6, 456 (1949). (2~) G. CoccoNI: lavoro citato alla nota (1~). (2S) W. HiEIS~NBERG: Coq~gresso di Como, Settembre 1949.

PROPRIETA

DELLE

PARTICt~LLE EMESSE

NELLE

ESPLOSIONI

N U C L E A R I ECC.

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L a n o s t r a r i c o n o s c e n z a v a i n o l t r e al D i r e t t o r e e d a i Colleghi t u t t i del L a b o r a t o r i o d e l l a T e s t a G r i g i a p e r la l o r e c o r t e s e e p r e z i o s a o s p i t a l i t ~ ; al prof. a v v . G . M. DE FRAI~'CESC0, R e t t o r e Magnifico d e l l a U n i v e r s i t ~ di M i l a n o , a l (~onsiglio N a z i o n a l e d e l l e R.icerche, a l l a A s s o c i a z i o n e N a z i o n a l e A . N . I . D . E . L . e a l l a Societ~ A . N . I . C . p e r i n o t e v o l i a i u t i f i n a n z i a r i d a t i ; al c o n t e d o t t . ing. L. L e n a TOTI]~O p e r le f a c i l i t a z i o n i a c c o r d a t e c i sull~ F u n i v i ~ "del C e r v i n o ; alle Societal C.G.S., D u c a t i , I1 C u r b o n i o e S . E . C . I . di Mil~no p e r i m a t e r i a l i d o n a t i . S i a m o g r a t i infine al d o t t . ing. L. TERRA, p e r l a c o l l a b o r a z i o n e p r e s t a t a c i e ai d o t t . M. B o s s I , E. GERMAG~OLI, ~. SUCCI e d ~1 l a u r e a n d o S. TElCI~AN[ p e r a v e r c i a i u t a t o n e l l a e s e c u z i o n e della: p r e s e n t e r i c e r c a .

SUMMAR Y We report the results of a research, in which we studied the nuclear explosions in cosmic rays, developed with a counter-controlled cloud chamber at the Laboratorio della Testa Grigia (3500 m a.s.1.). There were three aims of our research: (a) measurement of the mean free path for nuclear interaction of the penetrating particles produced in nuclear explosions (n. 4). We obtain the value ~ ~ 300 g/cm ~. V~Te also discuss the corrections of the experimental data, t h a t are necessary in this estimate of k. (b) Observations on the electromagnetic component produced in the nuclear explosions (n. 5). Our results confirm t h a t more t h a n one electromagnetic quantum may be emitted in a nuclear explosion. (c) Comparison of the explosions produced in nuclei of different size, Pb and C (n. 6). This comparison indicates that in the nuclear explosions, at least for the nucleus of Pb, the incident nucleon interacts usually with more t h a n one nucleon of the same nucleus.