Depth of maximum of air-shower profiles at the Pierre Auger Observatory. I. Measurements at energies above 1017.8 eV

被引:211
作者
Aab, A. [1 ]
Abreu, P. [2 ,3 ]
Aglietta, M. [4 ,5 ]
Ahn, E. J. [6 ]
Al Samarai, I. [7 ]
Albuquerque, I. F. M. [8 ]
Allekotte, I. [9 ,10 ]
Allen, J. [11 ]
Allison, P. [12 ]
Almela, A. [13 ,14 ]
Alvarez Castillo, J. [15 ]
Alvarez-Muniz, J. [16 ]
Batista, R. Alves [17 ]
Ambrosio, M. [18 ,19 ]
Aminaei, A. [20 ]
Anchordoqui, L. [21 ]
Andringa, S. [2 ,3 ]
Aramo, C. [18 ,19 ]
Aranda, V. M. [22 ]
Arqueros, F. [22 ]
Asorey, H. [9 ,10 ]
Assis, P. [2 ,3 ]
Aublin, J. [23 ,24 ]
Ave, M. [16 ]
Avenier, M. [25 ]
Avila, G. [26 ,27 ]
Awal, N. [11 ]
Badescu, A. M. [28 ]
Barber, K. B. [29 ]
Baeuml, J. [30 ]
Baus, C. [30 ]
Beatty, J. J. [12 ]
Becker, K. H. [31 ]
Bellido, J. A. [29 ]
Berat, C. [25 ]
Bertaina, M. E. [4 ,5 ]
Bertou, X. [9 ,10 ]
Biermann, P. L. [32 ]
Billoir, P. [23 ,24 ]
Blaess, S. [29 ]
Blanco, M. [23 ,24 ]
Bleve, C. [33 ,34 ]
Bluemer, H. [30 ,35 ]
Bohacova, M. [36 ]
Boncioli, D. [37 ]
Bonifazi, C. [38 ]
Bonino, R. [4 ,5 ]
Borodai, N. [39 ]
Brack, J. [40 ]
Brancus, I. [41 ]
机构
[1] Univ Siegen, D-57068 Siegen, Germany
[2] Univ Lisbon, Lab Instrumentacao & Fis Expt Particulas LIP, P-1699 Lisbon, Portugal
[3] Univ Lisbon, IST, P-1699 Lisbon, Portugal
[4] Univ Turin, Osservatorio Astrofis Torino INAF, Turin, Italy
[5] Sezione Ist Nazl Fis Nucl, Turin, Italy
[6] Fermilab Natl Accelerator Lab, Batavia, IL 60510 USA
[7] Univ Paris 11, CNRS, IN2P3, IPNO, F-91405 Orsay, France
[8] Univ Sao Paulo, Inst Fis, BR-01498 Sao Paulo, SP, Brazil
[9] Consejo Nacl Invest Cient & Tecn, UNCuyo, Ctr Atom Bariloche, San Carlos De Bariloche, Rio Negro, Argentina
[10] Consejo Nacl Invest Cient & Tecn, UNCuyo, Inst Balseiro CNEA, San Carlos De Bariloche, Rio Negro, Argentina
[11] NYU, New York, NY 10003 USA
[12] Ohio State Univ, Columbus, OH 43210 USA
[13] Univ Tecnol Nacl, Fac Reg Buenos Aires, Buenos Aires, DF, Argentina
[14] Consejo Nacl Invest Cient & Tecn, Inst Tecnol Detecc & Astroparticulas CNEA, UNSAM, RA-1033 Buenos Aires, DF, Argentina
[15] Univ Nacl Autonoma Mexico, Mexico City 04510, DF, Mexico
[16] Univ Santiago de Compostela, La Coruna, Spain
[17] Univ Hamburg, Hamburg, Germany
[18] Univ Naples Federico II, Naples, Italy
[19] Sezione Ist Nazl Fis Nucl, Naples, Italy
[20] Radboud Univ Nijmegen, IMAPP, NL-6525 ED Nijmegen, Netherlands
[21] CUNY Herbert H Lehman Coll, Dept Phys & Astron, New York, NY 10468 USA
[22] Univ Complutense Madrid, Madrid, Spain
[23] Univ Paris 06, CNRS, IN2P3, LPNHE, Paris, France
[24] Univ Paris 07, CNRS, IN2P3, LPNHE, Paris, France
[25] Univ Grenoble Alpes, LPSC, CNRS, IN2P3, Grenoble, France
[26] Observ Pierre Auger, Malargue, Argentina
[27] Comis Nacl Energia Atom, Malargue, Argentina
[28] Univ Politehn Bucuresti, Bucharest, Romania
[29] Univ Adelaide, Adelaide, SA, Australia
[30] Karlsruhe Inst Technol, Inst Expt Kernphys IEKP, D-76021 Karlsruhe, Germany
[31] Berg Univ Wuppertal, Wuppertal, Germany
[32] Max Planck Inst Radioastron, D-53121 Bonn, Germany
[33] Univ Salento, Dipartimento Matemat & Fis E De Giorgi, Lecce, Italy
[34] Sezione Ist Nazl Fis Nucl, Lecce, Italy
[35] Karlsruhe Inst Technol, Inst Kernphys, D-76021 Karlsruhe, Germany
[36] Acad Sci Czech Republ, Inst Phys, Prague, Czech Republic
[37] Ist Nazl Fis Nucl, Lab Nazl Gran Sasso, Laquila, Italy
[38] Univ Fed Rio de Janeiro, Inst Fis, Rio De Janeiro, RJ, Brazil
[39] Inst Nucl Phys PAN, Krakow, Poland
[40] Colorado State Univ, Ft Collins, CO 80523 USA
[41] Horia Hulubei Natl Inst Phys & Nucl Engn, Bucharest 077125, Romania
[42] Colorado State Univ, Pueblo, CO 80523 USA
[43] Univ Granada, Granada, Spain
[44] CAFPE, Granada, Spain
[45] Ctr Invest & Estudios Avanzados IPN CINVESTAV, Mexico City, DF, Mexico
[46] Univ Milan, Milan, Italy
[47] Sezione Ist Nazl Fis Nucl, Milan, Italy
[48] Univ Roma Tor Vergata, I-00173 Rome, Italy
[49] Sezione Ist Nazl Fis Nucl, Rome, Italy
[50] Univ Catania, Catania, Italy
基金
美国国家科学基金会; 英国科学技术设施理事会; 澳大利亚研究理事会; 巴西圣保罗研究基金会;
关键词
COSMIC-RAY SHOWERS; CHERENKOV LIGHT; FLUORESCENCE DETECTOR; PRESSURE-DEPENDENCE; SURFACE DETECTOR; MASS COMPOSITION; CROSS-SECTION; LHC DATA; CALIBRATION; DISTRIBUTIONS;
D O I
10.1103/PhysRevD.90.122005
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
We report a study of the distributions of the depth of maximum, X-max, of extensive air-shower profiles with energies above 10(17.8) eV as observed with the fluorescence telescopes of the Pierre Auger Observatory. The analysis method for selecting a data sample with minimal sampling bias is described in detail as well as the experimental cross-checks and systematic uncertainties. Furthermore, we discuss the detector acceptance and the resolution of the X-max measurement and provide parametrizations thereof as a function of energy. The energy dependence of the mean and standard deviation of the X-max distributions are compared to air-shower simulations for different nuclear primaries and interpreted in terms of the mean and variance of the logarithmic mass distribution at the top of the atmosphere.
引用
收藏
页数:25
相关论文
共 100 条
[1]   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)
[2]  
Aab A., IN PRESS
[3]   First observation of the Greisen-Zatsepin-Kuzmin suppression [J].
Abbasi, R. U. ;
Abu-Zayyad, T. ;
Allen, M. ;
Amman, J. F. ;
Archbold, G. ;
Belov, K. ;
Belz, J. W. ;
Ben Zvi, S. Y. ;
Bergman, D. R. ;
Blake, S. A. ;
Brusova, O. A. ;
Burt, G. W. ;
Cannon, C. ;
Cao, Z. ;
Connolly, B. C. ;
Deng, W. ;
Fedorova, Y. ;
Finley, C. B. ;
Gray, R. C. ;
Hanlon, W. F. ;
Hoffman, C. M. ;
Holzscheiter, M. H. ;
Hughes, G. ;
Huentemeyer, P. ;
Jones, B. F. ;
Jui, C. C. H. ;
Kim, K. ;
Kirn, M. A. ;
Loh, E. C. ;
Maestas, M. M. ;
Manago, N. ;
Marek, L. J. ;
Martens, K. ;
Matthews, J. A. J. ;
Matthews, J. N. ;
Moore, S. A. ;
O'Neill, A. ;
Painter, C. A. ;
Perera, L. ;
Reil, K. ;
Riehle, R. ;
Roberts, M. ;
Rodriguez, D. ;
Sasaki, N. ;
Schnetzer, S. R. ;
Scott, L. M. ;
Sinnis, G. ;
Smith, J. D. ;
Sokolsky, P. ;
Song, C. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2008, 100 (10)
[4]   Indications of Proton-Dominated Cosmic-Ray Composition above 1.6 EeV [J].
Abbasi, R. U. ;
Abu-Zayyad, T. ;
Al-Seady, M. ;
Allen, M. ;
Amman, J. F. ;
Anderson, R. J. ;
Archbold, G. ;
Belov, K. ;
Belz, J. W. ;
Bergman, D. R. ;
Blake, S. A. ;
Brusova, O. A. ;
Burt, G. W. ;
Cannon, C. ;
Cao, Z. ;
Deng, W. ;
Fedorova, Y. ;
Finley, C. B. ;
Gray, R. C. ;
Hanlon, W. F. ;
Hoffman, C. M. ;
Holzscheiter, M. H. ;
Hughes, G. ;
Huentemeyer, P. ;
Jones, B. F. ;
Jui, C. C. H. ;
Kim, K. ;
Kirn, M. A. ;
Loh, E. C. ;
Liu, J. ;
Lundquist, J. P. ;
Maestas, M. M. ;
Manago, N. ;
Marek, L. J. ;
Martens, K. ;
Matthews, J. A. J. ;
Matthews, J. N. ;
Moore, S. A. ;
O'Neill, A. ;
Painter, C. A. ;
Perera, L. ;
Reil, K. ;
Riehle, R. ;
Roberts, M. ;
Rodriguez, D. ;
Sasaki, N. ;
Schnetzer, S. R. ;
Scott, L. M. ;
Sinnis, G. ;
Smith, J. D. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2010, 104 (16)
[5]   A study of the composition of ultra-high-energy cosmic rays using the high-resolution fly's eye [J].
Abbasi, RU ;
Abu-Zayyad, T ;
Archbold, G ;
Atkins, R ;
Bellido, J ;
Belov, K ;
Belz, JW ;
BenZvi, S ;
Bergman, DR ;
Boyer, J ;
Burt, GW ;
Cao, Z ;
Clay, R ;
Connolly, BM ;
Dawson, B ;
Deng, W ;
Fedorova, Y ;
Findlay, J ;
Finley, CB ;
Hanlon, WF ;
Hughes, GA ;
Huntemeyer, P ;
Jui, CCH ;
Kim, K ;
Kim, MA ;
Knapp, B ;
Loh, EC ;
Maetas, MM ;
Martens, K ;
Martin, G ;
Manago, N ;
Mannel, EJ ;
Matthews, JAJ ;
Matthews, JN ;
O'Neill, A ;
Perera, L ;
Reil, K ;
Riehle, R ;
Roberts, MD ;
Sasaki, M ;
Seman, M ;
Schnetzer, SR ;
Simpson, K ;
Smith, JD ;
Snow, R ;
Sokolsky, P ;
Song, C ;
Springer, RW ;
Stokes, BT ;
Thomas, JR .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2005, 622 (02) :910-926
[6]   A study of the effect of molecular and aerosol conditions in the atmosphere on air fluorescence measurements at the Pierre Auger Observatory [J].
Abraham, J. ;
Abreu, P. ;
Aglietta, M. ;
Aguirre, C. ;
Ahn, E. J. ;
Allard, D. ;
Allekotte, I. ;
Allen, J. ;
Alvarez-Muniz, J. ;
Ambrosio, M. ;
Anchordoqui, L. ;
Andringa, S. ;
Anzalone, A. ;
Aramo, C. ;
Arganda, E. ;
Arisaka, K. ;
Arqueros, F. ;
Asch, T. ;
Asorey, H. ;
Assis, P. ;
Aublin, J. ;
Ave, M. ;
Avila, G. ;
Baecker, T. ;
Badagnani, D. ;
Barber, K. B. ;
Barbosa, A. F. ;
Barroso, S. L. C. ;
Baughman, B. ;
Bauleo, P. ;
Beatty, J. J. ;
Beau, T. ;
Becker, B. R. ;
Becker, K. H. ;
Belletoile, A. ;
Bellido, J. A. ;
BenZvi, S. ;
Berat, C. ;
Bertou, X. ;
Biermann, P. L. ;
Billoir, P. ;
Blanch-Bigas, O. ;
Blanco, F. ;
Bleve, C. ;
Bluemer, H. ;
Bohacova, M. ;
Boncioli, D. ;
Bonifazi, C. ;
Bonino, R. ;
Borodai, N. .
ASTROPARTICLE PHYSICS, 2010, 33 (02) :108-129
[7]   Measurement of the Depth of Maximum of Extensive Air Showers above 1018 eV [J].
Abraham, J. ;
Abreu, P. ;
Aglietta, M. ;
Ahn, E. J. ;
Allard, D. ;
Allekotte, I. ;
Allen, J. ;
Alvarez-Muniz, J. ;
Ambrosio, M. ;
Anchordoqui, L. ;
Andringa, S. ;
Anticic, T. ;
Anzalone, A. ;
Aramo, C. ;
Arganda, E. ;
Arisaka, K. ;
Arqueros, F. ;
Asorey, H. ;
Assis, P. ;
Aublin, J. ;
Ave, M. ;
Avila, G. ;
Baecker, T. ;
Badagnani, D. ;
Balzer, M. ;
Barber, K. B. ;
Barbosa, A. F. ;
Barroso, S. L. C. ;
Baughman, B. ;
Bauleo, P. ;
Beatty, J. J. ;
Becker, B. R. ;
Becker, K. H. ;
Belletoile, A. ;
Bellido, J. A. ;
BenZvi, S. ;
Berat, C. ;
Bergmann, T. ;
Bertou, X. ;
Biermann, P. L. ;
Billoir, P. ;
Blanch-Bigas, O. ;
Blanco, F. ;
Blanco, M. ;
Bleve, C. ;
Bluemer, H. ;
Bohacova, M. ;
Boncioli, D. ;
Bonifazi, C. ;
Bonino, R. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2010, 104 (09)
[8]   Observation of the suppression of the flux of cosmic rays above 4x1019 eV [J].
Abraham, J. ;
Abreu, P. ;
Aglietta, M. ;
Aguirre, C. ;
Allard, D. ;
Allekotte, I. ;
Allen, J. ;
Allison, P. ;
Alvarez-Muniz, J. ;
Ambrosio, M. ;
Anchordoqui, L. ;
Andringa, S. ;
Anzalone, A. ;
Aramo, C. ;
Argiro, S. ;
Arisaka, K. ;
Armengaud, E. ;
Arneodo, F. ;
Arqueros, F. ;
Asch, T. ;
Asorey, H. ;
Assis, P. ;
Atulugama, B. S. ;
Aublin, J. ;
Ave, M. ;
Avila, G. ;
Backer, T. ;
Badagnani, D. ;
Barbosa, A. F. ;
Barnhill, D. ;
Barroso, S. L. C. ;
Baughman, B. ;
Bauleo, P. ;
Beatty, J. J. ;
Beau, T. ;
Becker, B. R. ;
Becker, K. H. ;
Bellido, J. A. ;
BenZvi, S. ;
Berat, C. ;
Bergmann, T. ;
Bernardini, P. ;
Bertou, X. ;
Biermann, P. L. ;
Billoir, P. ;
Blanch-Bigas, O. ;
Blanco, F. ;
Blasi, P. ;
Bleve, C. ;
Mer, H. Blu .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2008, 101 (06)
[9]   Properties and performance of the prototype instrument for the Pierre Auger Observatory [J].
Abraham, J ;
Aglietta, M ;
Aguirre, IC ;
Albrow, M ;
Allard, D ;
Allekotte, I ;
Allison, P ;
Muñiz, JA ;
do Amaral, MG ;
Ambrosio, M ;
Anchordoqui, L ;
Andrews, R ;
Anguiano, M ;
dos Anjos, JC ;
Aramo, C ;
Argiro, S ;
Ariska, K ;
Arteaga, JC ;
Atulugama, S ;
Ave, M ;
Avila, G ;
Baggio, R ;
Bai, X ;
Barbosa, AF ;
Barbosa, HMJ ;
Barnhill, D ;
Barroso, SLC ;
Bauleo, P ;
Beatty, J ;
Beau, T ;
Becker, KH ;
Bellido, JA ;
Bello, P ;
Bergmann, T ;
Berman, E ;
Bertou, X ;
Biermann, P ;
Billoir, P ;
Biral, R ;
Bluemer, H ;
Bohacova, M ;
Bollmann, E ;
Bonifazi, C ;
Boratav, M ;
Boselli, A ;
Brack, J ;
Brunet, JM ;
Bui-Duc, H ;
Cabrera, V ;
Camin, DV .
NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2004, 523 (1-2) :50-95
[10]   The fluorescence detector of the Pierre Auger Observatory [J].
Abrahams, J. ;
Abreu, P. ;
Aglietta, M. ;
Aguirre, C. ;
Ahn, E. J. ;
Allard, D. ;
Allekotte, I. ;
Allen, J. ;
Allison, P. ;
Alvarez-Muniz, J. ;
Ambrosio, M. ;
Anchordoqui, L. ;
Andringa, S. ;
Anzalone, A. ;
Aramo, C. ;
Arganda, E. ;
Argiro, S. ;
Arisaka, K. ;
Arneodo, F. ;
Arqueros, F. ;
Asch, T. ;
Asorey, H. ;
Assis, P. ;
Aublin, J. ;
Ave, M. ;
Avila, G. ;
Bacher, A. ;
Baecker, T. ;
Badagnani, D. ;
Barber, K. B. ;
Barbosa, A. F. ;
Barbosa, H. J. M. ;
Barenthien, N. ;
Barroso, S. L. C. ;
Baughman, B. ;
Bauleo, P. ;
Beatty, J. J. ;
Beau, T. ;
Becker, B. R. ;
Becker, K. H. ;
Belletoile, A. ;
Bellido, J. A. ;
BenZvi, S. ;
Berat, C. ;
Bernardini, P. ;
Bertou, X. ;
Biermann, P. L. ;
Billoir, P. ;
Blanch-Bigas, O. ;
Blanco, F. .
NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2010, 620 (2-3) :227-251