Probing the energy spectrum of hadrons in proton air interactions at ultrahigh energies through the fluctuations of the muon content of extensive air showers

被引：27

作者：

Cazon, Lorenzo ^{[1
]}

Conceicao, Ruben ^{[1
,2
]}

Riehn, Felix ^{[1
]}

机构：

[1] Lab Instrumentactio & Fis Expt Particulas LIP Lis, Ave Prof Gama Pinto 2, P-1649003 Lisbon, Portugal

[2] Univ Lisbon, IST, Ave Rovisco Pais 1, P-1049001 Lisbon, Portugal

来源：

PHYSICS LETTERS B | 2018年 / 784卷

关键词：

High energy hadron interactions; Ultrahigh energy cosmic rays; Extensive air showers; Muon production; Fluctuations; Hadron energy spectrum; MODEL; MASS;

D O I：

10.1016/j.physletb.2018.07.026

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

We demonstrate that the shower-to-shower fluctuations of the muon content of extensive air showers correlate with the fluctuations of a variable of the first interaction of Ultra High Energy Cosmic Rays, which is computed from the fraction of energy carried by the hadrons that sustain the hadronic cascade. The influence of subsequent stages of the shower development is found to play a sub-dominant role. As a consequence, the shower-to-shower distribution of the muon content is a direct probe of the hadron energy spectrum of interactions beyond those reachable in human-made accelerators. (c) 2018 The Authors. Published by Elsevier B.V.

引用

页码：68 / 76

页数：9

共 28 条

[1] Testing Hadronic Interactions at Ultrahigh Energies with Air Showers Measured by the Pierre Auger Observatory [J].

Aab, A. ;

Abreu, P. ;

Aglietta, M. ;

Ahn, E. J. ;

Al Samarai, I. ;

Albuquerque, I. F. M. ;

Allekotte, I. ;

Allen, J. D. ;

Allison, P. ;

Almela, A. ;

Alvarez Castillo, J. ;

Alvarez-Muniz, J. ;

Ambrosio, M. ;

Anastasi, G. A. ;

Anchordoqui, L. ;

Andrada, B. ;

Andringa, S. ;

Aramo, C. ;

Arqueros, F. ;

Arsene, N. ;

Asorey, H. ;

Assis, P. ;

Aublin, J. ;

Avila, G. ;

Badescu, A. M. ;

Baus, C. ;

Beatty, J. J. ;

Becker, K. H. ;

Bellido, J. A. ;

Berat, C. ;

Bertaina, M. E. ;

Bertou, X. ;

Biermann, P. L. ;

Billoir, P. ;

Biteau, J. ;

Blaess, S. G. ;

Blanco, A. ;

Blazek, J. ;

Bleve, C. ;

Bluemmer, H. ;

Bohacova, M. ;

Boncioli, D. ;

Bonifazi, C. ;

Borodai, N. ;

Botti, A. M. ;

Brack, J. ;

Brancus, I. ;

Bretz, T. ;

Bridgeman, A. ;

Briechle, F. L. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2016, 117 (19)

[2] Evidence for a mixed mass composition at the 'ankle' in the cosmic-ray spectrum [J].

Aab, A. ;

Abreu, P. ;

Aglietta, M. ;

Ahn, E. J. ;

AlSamarai, I. ;

Albuquerque, I. F. M. ;

Allekotte, I. ;

Allison, P. ;

Almela, A. ;

Alvarez Castillo, J. ;

Alvarez-Muniz, J. ;

Ambrosio, M. ;

Anastasi, G. A. ;

Anchordoqui, L. ;

Andrada, B. ;

Andringa, S. ;

Aramo, C. ;

Arqueros, F. ;

Arsene, N. ;

Asorey, H. ;

Assis, P. ;

Aublin, J. ;

Avila, G. ;

Badescu, A. M. ;

Balaceanu, A. ;

Baus, C. ;

Beatty, J. J. ;

Becker, K. H. ;

Bellido, J. A. ;

Berat, C. ;

Bertaina, M. E. ;

Bertou, X. ;

Biermann, P. L. ;

Billoir, P. ;

Biteau, J. ;

Blaess, S. G. ;

Blanco, A. ;

Blazek, J. ;

Bleve, C. ;

Bohacova, M. ;

Boncioli, D. ;

Bonifazi, C. ;

Borodai, N. ;

Botti, A. M. ;

Brack, J. ;

Brancus, I. ;

Bretz, T. ;

Bridgeman, A. ;

Briechle, F. L. ;

Buchholz, P. .

PHYSICS LETTERS B, 2016, 762 :288-295

[3] Muons in air showers at the Pierre Auger Observatory: Mean number in highly inclined events (vol 91, 032003, 2015) [J].

Aab, A. ;

Matthews, J. A. J. ;

Matthews, J. .

PHYSICAL REVIEW D, 2015, 91 (05)

[4] Muons in air showers at the Pierre Auger Observatory: Mean number in highly inclined events [J].

Aab, A. ;

Abreu, P. ;

Aglietta, M. ;

Ahn, E. J. ;

Al Samarai, I. ;

Albuquerque, I. F. M. ;

Allekotte, I. ;

Allen, J. ;

Allison, P. ;

Almela, A. ;

Alvarez Castillo, J. ;

Alvarez-Muniz, J. ;

Batista, R. Alves ;

Ambrosio, M. ;

Aminaei, A. ;

Anchordoqui, L. ;

Andringa, S. ;

Aramo, C. ;

Aranda, V. M. ;

Arqueros, F. ;

Asorey, H. ;

Assis, P. ;

Aublin, J. ;

Ave, M. ;

Avenier, M. ;

Avila, G. ;

Badescu, A. M. ;

Barber, K. B. ;

Baeuml, J. ;

Baus, C. ;

Beatty, J. J. ;

Becker, K. H. ;

Bellido, J. A. ;

Berat, C. ;

Bertaina, M. E. ;

Bertou, X. ;

Biermann, P. L. ;

Billoir, P. ;

Blanco, M. ;

Bleve, C. ;

Bluemer, H. ;

Bohacova, M. ;

Boncioli, D. ;

Bonifazi, C. ;

Bonino, R. ;

Borodai, N. ;

Brack, J. ;

Brancus, I. ;

Brogueira, P. ;

Brown, W. C. .

PHYSICAL REVIEW D, 2015, 91 (03)

[5] Depth of maximum of air-shower profiles at the Pierre Auger Observatory. II. Composition implications [J].

Aab, A. ;

Abreu, P. ;

Aglietta, M. ;

Ahn, E. J. ;

Al Samarai, I. ;

Albuquerque, I. F. M. ;

Allekotte, I. ;

Allen, J. ;

Allison, P. ;

Almela, A. ;

Alvarez Castillo, J. ;

Alvarez-Muniz, J. ;

Batista, R. Alves ;

Ambrosio, M. ;

Aminaei, A. ;

Anchordoqui, L. ;

Andringa, S. ;

Aramo, C. ;

Aranda, V. M. ;

Arqueros, F. ;

Asorey, H. ;

Assis, P. ;

Aublin, J. ;

Ave, M. ;

Avenier, M. ;

Avila, G. ;

Awal, N. ;

Badescu, A. M. ;

Barber, K. B. ;

Baeuml, J. ;

Baus, C. ;

Beatty, J. J. ;

Becker, K. H. ;

Bellido, J. A. ;

Berat, C. ;

Bertania, M. E. ;

Bertou, X. ;

Biermann, P. L. ;

Billoir, P. ;

Blaess, S. ;

Blanco, M. ;

Bleve, C. ;

Bluemer, H. ;

Bohacova, M. ;

Boncioli, D. ;

Bonifazi, C. ;

Bonino, R. ;

Borodai, N. ;

Brack, J. ;

Brancus, I. .

PHYSICAL REVIEW D, 2014, 90 (12)

[6] Measurement of the proton-air cross section with Telescope Array's Middle Drum detector and surface array in hybrid mode [J].

Abbasi, R. U. ;

Abe, M. ;

Abu-Zayyad, T. ;

Allen, M. ;

Azuma, R. ;

Barcikowski, E. ;

Belz, J. W. ;

Bergman, D. R. ;

Blake, S. A. ;

Cady, R. ;

Chae, M. J. ;

Cheon, B. G. ;

Chiba, J. ;

Chikawa, M. ;

Cho, W. R. ;

Fujii, T. ;

Fukushima, M. ;

Goto, T. ;

Hanlon, W. ;

Hayashi, Y. ;

Hayashida, N. ;

Hibino, K. ;

Honda, K. ;

Ikeda, D. ;

Inoue, N. ;

Ishii, T. ;

Ishimori, R. ;

Ito, H. ;

Ivanov, D. ;

Jui, C. C. H. ;

Kadota, K. ;

Kakimoto, F. ;

Kalashev, O. ;

Kasahara, K. ;

Kawai, H. ;

Kawakami, S. ;

Kawana, S. ;

Kawata, K. ;

Kido, E. ;

Kim, H. B. ;

Kim, J. H. ;

Kitamura, S. ;

Kitamura, Y. ;

Kuzmin, V. ;

Kwon, Y. J. ;

Lan, J. ;

Lim, S. I. ;

Lundquist, J. P. ;

Machida, K. ;

Martens, K. .

PHYSICAL REVIEW D, 2015, 92 (03)

[7] Study of Ultra-High Energy Cosmic Ray composition using Telescope Array's Middle Drum detector and surface array in hybrid mode [J].

Abbasi, R. U. ;

Abe, M. ;

Abu-Zayyad, T. ;

Allen, M. ;

Anderson, R. ;

Azuma, R. ;

Barcikowski, E. ;

Belz, J. W. ;

Bergman, D. R. ;

Blake, S. A. ;

Cady, R. ;

Chae, M. J. ;

Cheon, B. G. ;

Chiba, J. ;

Chikawa, M. ;

Cho, W. R. ;

Fujii, T. ;

Fukushima, M. ;

Goto, T. ;

Hanlon, W. ;

Hayashi, Y. ;

Hayashida, N. ;

Hibino, K. ;

Honda, K. ;

Ikeda, D. ;

Inoue, N. ;

Ishii, T. ;

Ishimori, R. ;

Ito, H. ;

Ivanov, D. ;

Jui, C. C. H. ;

Kadota, K. ;

Kakimoto, F. ;

Kalashev, O. ;

Kasahara, K. ;

Kawai, H. ;

Kawakami, S. ;

Kawana, S. ;

Kawata, K. ;

Kido, E. ;

Kim, H. B. ;

Kim, J. H. ;

Kitamura, S. ;

Kitamura, Y. ;

Kuzmin, V. ;

Kwong, Y. J. ;

Lan, J. ;

Lim, S. ;

Lundquist, J. P. .

ASTROPARTICLE PHYSICS, 2015, 64 :49-62

[8] Measurement of the Proton-Air Cross Section at √s=57 TeV with the Pierre Auger Observatory [J].

Abreu, P. ;

Aglietta, M. ;

Ahn, E. J. ;

Albuquerque, I. F. M. ;

Allard, D. ;

Allekotte, I. ;

Allen, J. ;

Allison, P. ;

Almeda, A. ;

Alvarez Castillo, J. ;

Alvarez-Muniz, J. ;

Ambrosio, M. ;

Aminaei, A. ;

Anchordoqui, L. ;

Andringa, S. ;

Anticic, T. ;

Aramo, C. ;

Arganda, E. ;

Arqueros, F. ;

Asorey, H. ;

Assis, P. ;

Aublin, J. ;

Ave, M. ;

Avenier, M. ;

Avila, G. ;

Baecker, T. ;

Balzer, M. ;

Barber, K. B. ;

Barbosa, A. F. ;

Bardenet, R. ;

Barroso, S. L. C. ;

Baughman, B. ;

Baeuml, J. ;

Beatty, J. J. ;

Becker, B. R. ;

Becker, K. H. ;

Belletoile, A. ;

Bellido, J. A. ;

BenZvi, S. ;

Berat, C. ;

Bertou, X. ;

Biermann, P. L. ;

Billoir, P. ;

Blanco, F. ;

Blanco, M. ;

Bleve, C. ;

Bluemer, H. ;

Bohacova, M. ;

Boncioli, D. ;

Bonifazi, C. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2012, 109 (06)

[9]

Alper G. J., 1984, PHYS LETT B, V138, P304

[10]

[Anonymous], ARXIV160403637

← 1 2 3 →