Back to Search Start Over

Search for photons above 10$^{19}$ eV with the surface detector of the Pierre Auger Observatory

Authors :
The Pierre Auger Collaboration
Abreu, P.
Aglietta, M.
Allekotte, I.
Cheminant, K. Almeida
Almela, A.
Alvarez-Muñiz, J.
Yebra, J. Ammerman
Anastasi, G. A.
Anchordoqui, L.
Andrada, B.
Andringa, S.
Aramo, C.
Ferreira, P. R. Araújo
Arnone, E.
Velázquez, J. C. Arteaga
Asorey, H.
Assis, P.
Avila, G.
Avocone, E.
Badescu, A. M.
Bakalova, A.
Balaceanu, A.
Barbato, F.
Bellido, J. A.
Berat, C.
Bertaina, M. E.
Bhatta, G.
Biermann, P. L.
Binet, V.
Bismark, K.
Bister, T.
Biteau, J.
Blazek, J.
Bleve, C.
Blümer, J.
Boháčová, M.
Boncioli, D.
Bonifazi, C.
Arbeletche, L. Bonneau
Borodai, N.
Brack, J.
Bretz, T.
Orchera, P. G. Brichetto
Briechle, F. L.
Buchholz, P.
Bueno, A.
Buitink, S.
Buscemi, M.
Büsken, M.
Bwembya, A.
Caballero-Mora, K. S.
Caccianiga, L.
Caracas, I.
Caruso, R.
Castellina, A.
Catalani, F.
Cataldi, G.
Cazon, L.
Cerda, M.
Chinellato, J. A.
Chudoba, J.
Chytka, L.
Clay, R. W.
Cerutti, A. C. Cobos
Colalillo, R.
Coleman, A.
Coluccia, M. R.
Conceição, R.
Condorelli, A.
Consolati, G.
Contreras, F.
Convenga, F.
Santos, D. Correia dos
Covault, C. E.
Cristinziani, M.
Dasso, S.
Daumiller, K.
Dawson, B. R.
de Almeida, R. M.
de Jesús, J.
de Jong, S. J.
Neto, J. R. T. de Mello
De Mitri, I.
de Oliveira, J.
Franco, D. de Oliveira
de Palma, F.
de Souza, V.
De Vito, E.
Del Popolo, A.
Deligny, O.
Deval, L.
di Matteo, A.
Dobre, M.
Dobrigkeit, C.
D'Olivo, J. C.
Mendes, L. M. Domingues
Anjos, R. C. dos
Ebr, J.
Eman, M.
Engel, R.
Epicoco, I.
Erdmann, M.
Escobar, C. O.
Etchegoyen, A.
Falcke, H.
Farmer, J.
Farrar, G.
Fauth, A. C.
Fazzini, N.
Feldbusch, F.
Fenu, F.
Fick, B.
Figueira, J. M.
Filipčič, A.
Fitoussi, T.
Fodran, T.
Fujii, T.
Fuster, A.
Galea, C.
Galelli, C.
García, B.
Gemmeke, H.
Gesualdi, F.
Gherghel-Lascu, A.
Ghia, P. L.
Giaccari, U.
Giammarchi, M.
Glombitza, J.
Gobbi, F.
Gollan, F.
Golup, G.
Berisso, M. Gómez
Vitale, P. F. Gómez
Gongora, J. P.
González, J. M.
González, N.
Goos, I.
Góra, D.
Gorgi, A.
Gottowik, M.
Grubb, T. D.
Guarino, F.
Guedes, G. P.
Guido, E.
Hahn, S.
Hamal, P.
Hampel, M. R.
Hansen, P.
Harari, D.
Harvey, V. M.
Haungs, A.
Hebbeker, T.
Heck, D.
Hojvat, C.
Hörandel, J. R.
Horvath, P.
Hrabovský, M.
Huege, T.
Insolia, A.
Isar, P. G.
Janecek, P.
Johnsen, J. A.
Jurysek, J.
Kääpä, A.
Kampert, K. H.
Keilhauer, B.
Khakurdikar, A.
Covilakam, V. V. Kizakke
Klages, H. O.
Kleifges, M.
Kleinfeller, J.
Knapp, F.
Krohm, N.
Kunka, N.
Lago, B. L.
Langner, N.
de Oliveira, M. A. Leigui
Lenok, V.
Letessier-Selvon, A.
Lhenry-Yvon, I.
Presti, D. Lo
Lopes, L.
López, R.
Lu, L.
Luce, Q.
Lundquist, J. P.
Payeras, A. Machado
Mancarella, G.
Mandat, D.
Manning, B. C.
Manshanden, J.
Mantsch, P.
Marafico, S.
Mariani, F. M.
Mariazzi, A. G.
Mariş, I. C.
Marsella, G.
Martello, D.
Martinelli, S.
Bravo, O. Martínez
Martins, M. A.
Mastrodicasa, M.
Mathes, H. J.
Matthews, J.
Matthiae, G.
Mayotte, E.
Mayotte, S.
Mazur, P. O.
Medina-Tanco, G.
Melo, D.
Menshikov, A.
Michal, S.
Micheletti, M. I.
Miramonti, L.
Mollerach, S.
Montanet, F.
Morejon, L.
Morello, C.
Müller, A. L.
Mulrey, K.
Mussa, R.
Muzio, M.
Namasaka, W. M.
Nasr-Esfahani, A.
Nellen, L.
Nicora, G.
Niculescu-Oglinzanu, M.
Niechciol, M.
Nitz, D.
Norwood, I.
Nosek, D.
Novotny, V.
Nožka, L.
Nucita, A
Núñez, L. A.
Oliveira, C.
Palatka, M.
Pallotta, J.
Papenbreer, P.
Parente, G.
Parra, A.
Pawlowsky, J.
Pech, M.
Pękala, J.
Pelayo, R.
Martins, E. E. Pereira
Armand, J. Perez
Bertolli, C. Pérez
Perrone, L.
Petrera, S.
Petrucci, C.
Pierog, T.
Pimenta, M.
Platino, M.
Pont, B.
Pothast, M.
Shavar, M. Pourmohammad
Privitera, P.
Prouza, M.
Puyleart, A.
Querchfeld, S.
Rautenberg, J.
Ravignani, D.
Reininghaus, M.
Ridky, J.
Riehn, F.
Risse, M.
Rizi, V.
de Carvalho, W. Rodrigues
Rojo, J. Rodriguez
Roncoroni, M. J.
Rossoni, S.
Roth, M.
Roulet, E.
Rovero, A. C.
Ruehl, P.
Saftoiu, A.
Saharan, M.
Salamida, F.
Salazar, H.
Salina, G.
Gomez, J. D. Sanabria
Sánchez, F.
Santos, E. M.
Santos, E.
Sarazin, F.
Sarmento, R.
Sato, R.
Savina, P.
Schäfer, C. M.
Scherini, V.
Schieler, H.
Schimassek, M.
Schimp, M.
Schlüter, F.
Schmidt, D.
Scholten, O.
Schoorlemmer, H.
Schovánek, P.
Schröder, F. G.
Schulte, J.
Schulz, T.
Sciutto, S. J.
Scornavacche, M.
Segreto, A.
Sehgal, S.
Shivashankara, S. U.
Sigl, G.
Silli, G.
Sima, O.
Smau, R.
Šmída, R.
Sommers, P.
Soriano, J. F.
Squartini, R.
Stadelmaier, M.
Stanca, D.
Stanič, S.
Stasielak, J.
Stassi, P.
Straub, M.
Streich, A.
Suárez-Durán, M.
Sudholz, T.
Suomijärvi, T.
Supanitsky, A. D.
Szadkowski, Z.
Tapia, A.
Taricco, C.
Timmermans, C.
Tkachenko, O.
Tobiska, P.
Peixoto, C. J. Todero
Tomé, B.
Torrès, Z.
Travaini, A.
Travnicek, P.
Trimarelli, C.
Tueros, M.
Ulrich, R.
Unger, M.
Vaclavek, L.
Vacula, M.
Galicia, J. F. Valdés
Valore, L.
Varela, E.
Vásquez-Ramírez, A.
Veberič, D.
Ventura, C.
Quispe, I. D. Vergara
Verzi, V.
Vicha, J.
Vink, J.
Vorobiov, S.
Watanabe, C.
Watson, A. A.
Weindl, A.
Wiencke, L.
Wilczyński, H.
Wittkowski, D.
Wundheiler, B.
Yushkov, A.
Zapparrata, O.
Zas, E.
Zavrtanik, D.
Zavrtanik, M.
Zehrer, L.
Publication Year :
2022

Abstract

We use the surface detector of the Pierre Auger Observatory to search for air showers initiated by photons with an energy above $10^{19}$ eV. Photons in the zenith angle range from 30$^\circ$ to 60$^\circ$ can be identified in the overwhelming background of showers initiated by charged cosmic rays through the broader time structure of the signals induced in the water-Cherenkov detectors of the array and the steeper lateral distribution of shower particles reaching ground. Applying the search method to data collected between January 2004 and June 2020, upper limits at 95\% CL are set to an $E^{-2}$ diffuse flux of ultra-high energy photons above $10^{19}$ eV, $2{\times}10^{19}$ eV and $4{\times}10^{19}$ eV amounting to $2.11{\times}10^{-3}$, $3.12{\times}10^{-4}$ and $1.72{\times}10^{-4}$ km$^{-2}$ sr$^{-1}$ yr$^{-1}$, respectively. While the sensitivity of the present search around $2 \times 10^{19}$ eV approaches expectations of cosmogenic photon fluxes in the case of a pure-proton composition, it is one order of magnitude above those from more realistic mixed-composition models. The inferred limits have also implications for the search of super-heavy dark matter that are discussed and illustrated.<br />Comment: 21 pages, 8 figures

Details

Database :
arXiv
Publication Type :
Report
Accession number :
edsarx.2209.05926
Document Type :
Working Paper