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Momentum spectrum and positive excess of μ-mesons


The absolute spectrum and positive excess of cosmic-ray μ-mesons near sea level have been measured in the range 2 to 175 GeV/c. The magnetic spectrometer and the method of data reduction are described in detail. The integral spectrum has been compared with the range distribution in the earth, and the agreement indicates that there is no serious error in the theoretical expression for the rate of energy loss. The π-meson production spectrum has been computed and found to fit a power law with exponent — 2.64. Also the spectrum of the pion positive excess has been obtained, which is related to the pion production by primary protons in their first collisions. It is concluded that at 1012 eV per nucleon, most of the primary cosmic-ray energy is carried by protons, and that the proportion of their energy given to pions in a single interaction is in the neighborhood of 10%.


Si sono misurati lo spettro dell’impulso assoluto e l’eccesso positivo di mesoni μ da raggi cosmici presso il livello del mare nel campo fra 2 e 175 GeV/c. Si descrivono dettagliatamente lo spettrometro magnetico ed il metodo per la riduzione dei dati. Lo spettro completo è stato confrontato alla distribuzione dei valori dell’impulso nella terra, e l’accordo indica che non vi è errore importante nella espressione teorica per l’ammontare della perdita di energia. Lo spettro di produzione dei mesoni π è stato analizzato e si è trovato che segue una legge esponenziale con esponente − 2.64. Si è ottenuto anche lo spettro dell’eccesso positivo di pioni, che è in relazione alla produzione di pioni da protoni primari nelle loro prime collisioni. Si conclude che a 1012 eV per nucleone, la maggior parte della energia dei raggi cosmici primari è portata dai protoni, e che la percentuale della loro energia conferita ai pioni in una sola interazione è approssimativamente del 10%.

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  1. (1)

    B. G. Owen andJ. G. Wilson:Proc. Phys. Soc., A68, 409 (1955).

  2. (2)

    D. E. Caro, J. K. Parry andH. D. Rathgeber:Austral. Journ. Sci. Res., A4, 16 (1951).

  3. (3)

    P. H. Barrett, L. M. Bollinger, G. Cocconi, Y. Eisenberg andK. Greisen:Rev. Mod. Phys.,24, 133 (1952).

  4. (4)

    B. G. Owen andJ. G. Wilson:Proc. Phys. Soc., A64, 417 (1951).

  5. (5)

    E. Beretta, I. Filosofo, B. Sommacal andG. Puppi:Nuovo Cimento,10, 1354 (1953).

  6. (6)

    I. Filosofo, E. Pohl andJ. Pohl-Rüling:Nuovo Cimento,12, 809 (1954).

  7. (7)

    R. B. Brode andM. J. Weber:Phys. Rev.,99, 610 (1955).

  8. (8)

    B. Rossi:Rev. Mod. Phys.,20, 537 (1948).

  9. (9)

    G. Puppi:Progress in Cosmic Ray Physics, vol.1 (New York, 1956), p. 341.

  10. (10)

    A. Ehmert:Zeits. f. Phys.,106, 751 (1937).

  11. (11)

    J. Clay:Rev. Mod. Phys.,11, 128 (1939).

  12. (12)

    V. C. Wilson:Phys. Rev.,53, 337 (1938).

  13. (13)

    L. Avan andM. Avan:Compt. Rend.,241, 1122 (1955); also, private communication.

  14. (14)

    C. A. Randall andW. E. Hazen:Phys. Rev.,81, 144 (1951).

  15. (15)

    L. M. Bollinger:Cornell University Thesis (1951);Phys. Rev.,79, 207 (1950).

  16. (16)

    See,e.g.,H. K. Ticho:Phys. Rev.,88, 236 (1952).

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Pine, J., Davisson, R.J. & Greisen, K. Momentum spectrum and positive excess of μ-mesons. Nuovo Cim 14, 1181–1204 (1959).

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