Study on capture process of negative muons and its chemical effect by observing muonic hydrogen X-rays

Abstract

The energies of positive muon (p mu) K X-ray are quite low (1.9-2.5 keV). The Si (Li) detector that played important role in the research on muon transfer phenomena has been employed to detect low energy X-rays. The detector system has been proved to have the ability to observe p mu K X-rays. In this first experimental run, the goal was set to observe p mu K X-rays from hydrogen in any chemical compounds. Paraffin films were chosen by the following two reasons: (1) the paraffin films are hydrogen rich material to increase p mu X-ray yield and can be made as film for large surface area; and (2) the X-rays from the surface of target material can be only detected, since the X-ray absorption cross section is large. The first half of the run was devoted for muon beam tuning to stop as many negative muons in the thin target as possible. In the second of the run, the data with the paraffin film target were accumulated. The X-ray energy spectra are shown, where prompt X-rays (140 ns within a muon beam pulse) are selected. The X-rays from muonic carbon atoms are clearly observed, which proved that muons stopped in the paraffin film. However, the peak of X-rays from muonic hydrogen atoms is not found in this small amount of data.

pμ-K-X線のエネルギーは非常に低い(1.9-2.5keV)。ミューオン移動現象の研究で重要な役割を果たすSi(Li)検出器を低エネルギーX線検出に用いた。この検出器システムはpμ K X線を観測できることが証明された。最初の実験実行では、任意の化合物中の水素からのpμ-K-Xを観測することに目標をおいた。以下の2つの理由によりパラフィン膜を選択した。(1)パラフィン膜はpμ-X線収量を増加させる水素リッチ材料であり、大表面積の膜を作ることができる材料である。(2)X線吸収断面積が大きいので、ターゲット材料の表面からのみのX線を検出できる。実験の前半は薄いターゲット内のできるだけ多くの負ミューオンを阻止するミューオンビームの調整に充てた。実験の後半では、パラフィン膜ターゲットを含むデータを蓄積した。X線エネルギースペクトルを示し、即発X線(ミューオンビームパルス内で140ns)を選択した。ミューオン炭素原子からのX線は明らかに観測され、ミューオンはパラフィン膜に阻止されることを示した。しかし、ミューオン水素原子からのX線のピークはこの少量のデータには見られなかった。