Back to Search Start Over

Measurement of the Depth of Maximum of Air-Shower Profiles with energies between $\mathbf{10^{18.5}}$ and $\mathbf{10^{20}}$ eV using the Surface Detector of the Pierre Auger Observatory and Deep Learning

Authors :
The Pierre Auger Collaboration
Halim, A. Abdul
Abreu, P.
Aglietta, M.
Allekotte, I.
Cheminant, K. Almeida
Almela, A.
Aloisio, R.
Alvarez-Muñiz, J.
Yebra, J. Ammerman
Anastasi, G. A.
Anchordoqui, L.
Andrada, B.
Dourado, L. Andrade
Andringa, S.
Apollonio, L.
Aramo, C.
Ferreira, P. R. Araújo
Arnone, E.
Velázquez, J. C. Arteaga
Assis, P.
Avila, G.
Avocone, E.
Bakalova, A.
Barbato, F.
Mocellin, A. Bartz
Berat, C.
Bertaina, M. E.
Bhatta, G.
Bianciotto, M.
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.
Orchera, P. G. Brichetto
Briechle, F. L.
Bueno, A.
Buitink, S.
Buscemi, M.
Büsken, M.
Bwembya, A.
Caballero-Mora, K. S.
Cabana-Freire, S.
Caccianiga, L.
Campuzano, F.
Caruso, R.
Castellina, A.
Catalani, F.
Cataldi, G.
Cazon, L.
Cerda, M.
Čermáková, B.
Cermenati, A.
Chinellato, J. A.
Chudoba, J.
Chytka, L.
Clay, R. W.
Cerutti, A. C. Cobos
Colalillo, R.
Coluccia, M. R.
Conceição, R.
Condorelli, A.
Consolati, G.
Conte, M.
Convenga, F.
Santos, D. Correia dos
Costa, P. J.
Covault, C. E.
Cristinziani, M.
Sanchez, C. S. Cruz
Dasso, S.
Daumiller, K.
Dawson, B. R.
de Almeida, R. M.
de Errico, B.
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.
Denner, N.
Deval, L.
di Matteo, A.
do, J. A.
Dobre, M.
Dobrigkeit, C.
D'Olivo, J. C.
Mendes, L. M. Domingues
Dorosti, Q.
Anjos, J. C. dos
Anjos, R. C. dos
Ebr, J.
Ellwanger, F.
Emam, M.
Engel, R.
Epicoco, I.
Erdmann, M.
Etchegoyen, A.
Evoli, C.
Falcke, H.
Farrar, G.
Fauth, A. C.
Fehler, T.
Feldbusch, F.
Fenu, F.
Fernandes, A.
Fick, B.
Figueira, J. M.
Filip, P.
Filipčič, A.
Fitoussi, T.
Flaggs, B.
Fodran, T.
Fujii, T.
Fuster, A.
Galea, C.
García, B.
Gaudu, C.
Gherghel-Lascu, A.
Ghia, P. L.
Giaccari, U.
Glombitza, J.
Gobbi, F.
Gollan, F.
Golup, G.
Berisso, M. Gómez
Vitale, P. F. Gómez
Gongora, J. P.
González, J. M.
González, N.
Góra, D.
Gorgi, A.
Gottowik, M.
Guarino, F.
Guedes, G. P.
Guido, E.
Gülzow, L.
Hahn, S.
Hamal, P.
Hampel, M. R.
Hansen, P.
Harari, D.
Harvey, V. M.
Haungs, A.
Hebbeker, T.
Hojvat, C.
Hörandel, J. R.
Horvath, P.
Hrabovský, M.
Huege, T.
Insolia, A.
Isar, P. G.
Janecek, P.
Jilek, V.
Johnsen, J. A.
Jurysek, J.
Kampert, K. -H.
Keilhauer, B.
Khakurdikar, A.
Covilakam, V. V. Kizakke
Klages, H. O.
Kleifges, M.
Knapp, F.
Köhler, J.
Krieger, F.
Kunka, N.
Lago, B. L.
Langner, N.
de Oliveira, M. A. Leigui
Lema-Capeans, Y.
Letessier-Selvon, A.
Lhenry-Yvon, I.
Lopes, L.
Lu, L.
Luce, Q.
Lundquist, J. P.
Payeras, A. Machado
Majercakova, M.
Mandat, D.
Manning, B. C.
Mantsch, P.
Mariani, F. M.
Mariazzi, A. G.
Mariş, I. C.
Marsella, G.
Martello, D.
Martinelli, S.
Bravo, O. Martínez
Martins, M. A.
Mathes, H. -J.
Matthews, J.
Matthiae, G.
Mayotte, E.
Mayotte, S.
Mazur, P. O.
Medina-Tanco, G.
Meinert, J.
Melo, D.
Menshikov, A.
Merx, C.
Michal, S.
Micheletti, M. I.
Miramonti, L.
Mollerach, S.
Montanet, F.
Morejon, L.
Mulrey, K.
Mussa, R.
Namasaka, W. M.
Negi, S.
Nellen, L.
Nguyen, K.
Nicora, G.
Niechciol, M.
Nitz, D.
Nosek, D.
Novotny, V.
Nožka, L.
Nucita, A.
Núñez, L. A.
Oliveira, C.
Palatka, M.
Pallotta, J.
Panja, S.
Parente, G.
Paulsen, T.
Pawlowsky, J.
Pech, M.
Pękala, J.
Pelayo, R.
Pelgrims, V.
Pereira, L. A. S.
Martins, E. E. Pereira
Bertolli, C. Pérez
Perrone, L.
Petrera, S.
Petrucci, C.
Pierog, T.
Pimenta, M.
Platino, M.
Pont, B.
Pothast, M.
Shahvar, M. Pourmohammad
Privitera, P.
Prouza, M.
Querchfeld, S.
Rautenberg, J.
Ravignani, D.
Akim, J. V. Reginatto
Reininghaus, M.
Reuzki, A.
Ridky, J.
Riehn, F.
Risse, M.
Rizi, V.
de Carvalho, W. Rodrigues
Rodriguez, E.
Rojo, J. Rodriguez
Roncoroni, M. J.
Rossoni, S.
Roth, M.
Roulet, E.
Rovero, A. C.
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.
Schmidt, D.
Scholten, O.
Schoorlemmer, H.
Schovánek, P.
Schröder, F. G.
Schulte, J.
Schulz, T.
Sciutto, S. J.
Scornavacche, M.
Sedoski, A.
Segreto, A.
Sehgal, S.
Shivashankara, S. U.
Sigl, G.
Simkova, K.
Simon, F.
Smau, R.
Šmída, R.
Sommers, P.
Squartini, R.
Stadelmaier, M.
Stanič, S.
Stasielak, J.
Stassi, P.
Strähnz, S.
Straub, M.
Suomijärvi, T.
Supanitsky, A. D.
Svozilikova, Z.
Szadkowski, Z.
Tairli, F.
Tapia, A.
Taricco, C.
Timmermans, C.
Tkachenko, O.
Tobiska, P.
Peixoto, C. J. Todero
Tomé, B.
Torrès, Z.
Travaini, A.
Travnicek, P.
Tueros, M.
Unger, M.
Uzeiroska, R.
Vaclavek, L.
Vacula, M.
Galicia, J. F. Valdés
Valore, L.
Varela, E.
Vašíčková, V.
Vásquez-Ramírez, A.
Veberič, D.
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.
Yue, B.
Yushkov, A.
Zapparrata, O.
Zas, E.
Zavrtanik, D.
Zavrtanik, M.
Publication Year :
2024

Abstract

We report an investigation of the mass composition of cosmic rays with energies from 3 to 100 EeV (1 EeV=$10^{18}$ eV) using the distributions of the depth of shower maximum $X_\mathrm{max}$. The analysis relies on ${\sim}50,000$ events recorded by the Surface Detector of the Pierre Auger Observatory and a deep-learning-based reconstruction algorithm. Above energies of 5 EeV, the data set offers a 10-fold increase in statistics with respect to fluorescence measurements at the Observatory. After cross-calibration using the Fluorescence Detector, this enables the first measurement of the evolution of the mean and the standard deviation of the $X_\mathrm{max}$ distributions up to 100 EeV. Our findings are threefold: (1.) The evolution of the mean logarithmic mass towards a heavier composition with increasing energy can be confirmed and is extended to 100 EeV. (2.) The evolution of the fluctuations of $X_\mathrm{max}$ towards a heavier and purer composition with increasing energy can be confirmed with high statistics. We report a rather heavy composition and small fluctuations in $X_\mathrm{max}$ at the highest energies. (3.) We find indications for a characteristic structure beyond a constant change in the mean logarithmic mass, featuring three breaks that are observed in proximity to the ankle, instep, and suppression features in the energy spectrum.<br />Comment: submitted to Phys. Rev. D, 28 pages, 18 figures, 5 tables

Details

Database :
arXiv
Publication Type :
Report
Accession number :
edsarx.2406.06319
Document Type :
Working Paper