Testing Hadronic Interactions at Ultrahigh Energies with Air Showers Measured by the Pierre Auger Observatory

被引：165

作者：

Aab, A. ^{[1
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Abreu, P. ^{[2
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Aglietta, M. ^{[4
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Ahn, E. J. ^{[6
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Al Samarai, I. ^{[7
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Albuquerque, I. F. M. ^{[9
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Almela, A. ^{[14
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Alvarez Castillo, J. ^{[16
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Alvarez-Muniz, J. ^{[17
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Ambrosio, M. ^{[18
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Anastasi, G. A. ^{[19
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Andrada, B. ^{[14
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Andringa, S. ^{[2
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Aramo, C. ^{[18
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Arsene, N. ^{[22
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Asorey, H. ^{[10
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Assis, P. ^{[2
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Aublin, J. ^{[7
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Avila, G. ^{[24
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Badescu, A. M. ^{[26
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Baus, C. ^{[27
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Beatty, J. J. ^{[13
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Becker, K. H. ^{[28
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Berat, C. ^{[30
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Biermann, P. L. ^{[32
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Billoir, P. ^{[7
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Biteau, J. ^{[33
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Blanco, A. ^{[2
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Blazek, J. ^{[34
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Bleve, C. ^{[35
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Bluemmer, H. ^{[27
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Bohacova, M. ^{[34
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Boncioli, D. ^{[38
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Bonifazi, C. ^{[39
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Borodai, N. ^{[40
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Botti, A. M. ^{[14
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Brack, J. ^{[41
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Brancus, I. ^{[42
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Bretz, T. ^{[43
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Bridgeman, A. ^{[37
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Briechle, F. L. ^{[43
]}

机构：

[1] Univ Siegen, Fachbereich Phys Expt Teilchenphys 7, D-57068 Siegen, Germany

[2] Univ Lisbon, Lab Instrumentacao & Fis Expt Particulas LIP, P-1699 Lisbon, Portugal

[3] Univ Lisbon, Inst Super Tecn, P-1699 Lisbon, Portugal

[4] Osserv Astron Torino, INAF, Turin, Italy

[5] Ist Nazl Fis Nucl, Sez Torino, Turin, Italy

[6] Fermilab Natl Accelerator Lab, Batavia, IL USA

[7] Univ Paris 06, Lab Phys Nucl & Hautes Energies LPNHE, Paris, France

[8] Univ Paris 07, CNRS, IN2P3, Paris, France

[9] Univ Sao Paulo, Inst Fis, Sao Paulo, Brazil

[10] Ctr Atom Bariloche, San Carlos De Bariloche, Rio Negro, Argentina

[11] Inst Balseiro, CNEA UNCuyo CONICET, San Carlos De Bariloche, Rio Negro, Argentina

[12] NYU, New York, NY USA

[13] Ohio State Univ, Columbus, OH USA

[14] UNSAM, Comis Nacl Energia Atom, Ctr Atom Constituyentes,CONICET,CNEA, Inst Tecnol Detecc & Astroparticulas, Buenos Aires, DF, Argentina

[15] Univ Tecnol Nacl, Fac Reg Buenos Aires, Buenos Aires, DF, Argentina

[16] Univ Nacl Autonoma Mexico, Mexico City, DF, Mexico

[17] Univ Santiago de Compostela, Santiago De Compostela, Spain

[18] Ist Nazl Fis Nucl, Sez Napoli, Naples, Italy

[19] Ist Nazl Fis Nucl, Sez Laquila, Laquila, Italy

[20] CUNY, Lehman Coll, Dept Phys & Astron, Bronx, NY USA

[21] Univ Complutense Madrid, Madrid, Spain

[22] Univ Bucharest, Dept Phys, Bucharest, Romania

[23] Univ Ind Santander, Santander, Colombia

[24] Observ Pierre Auger, Malargue, Argentina

[25] Observ Pierre Auger & Comis Nacl Energia Atom, Malargue, Argentina

[26] Univ Politehn Bucuresti, Bucharest, Romania

[27] Karlsruhe Inst Technol, Inst Expt Kernphys, Karlsruhe, Germany

[28] Berg Univ Wuppertal, Dept Phys, Wuppertal, Germany

[29] Univ Adelaide, Adelaide, SA, Australia

[30] Univ Grenoble Alpes, CNRS, IN2P3, Lab Phys Subatom & Cosmol LPSC, Grenoble, France

[31] Univ Turin, Dept Fis, Turin, Italy

[32] Max Planck Inst Radioastron, Bonn, Germany

[33] Univ Paris 11, Inst Phys Nucl Orsay IPNO, CNRS, IN2P3, Paris, France

[34] Acad Sci Czech Republ, Inst Phys FZU, Prague, Czech Republic

[35] Univ Salento, Dipartimento Matemat & Fis, Lecce, Italy

[36] Ist Nazl Fis Nucl, Sez Lecce, Lecce, Italy

[37] Karlsruhe Inst Technol, Inst Kernphys, Karlsruhe, Germany

[38] Ist Nazl Fis Nucl, Lab Gran Sasso, Laquila, Italy

[39] Univ Fed Rio de Janeiro, Inst Fis, BR-21941 Rio De Janeiro, Brazil

[40] Inst Nucl Phys PAN, Krakow, Poland

[41] Colorado State Univ, Ft Collins, CO USA

[42] Horia Hulubei Natl Inst Phys & Nucl Engn, Magurele, Romania

[43] Rhein Westfal TH Aachen, Phys Inst A 3, Aachen, Germany

[44] Univ Granada, Granada, Spain

[45] CAFPE, Granada, Spain

[46] Radboud Univ Nijmegen, Inst Math Astrophys & Particle Phys IMAPP, Nijmegen, Netherlands

[47] Univ Catania, Dipartimento Fis Astron, Catania, Italy

[48] Ist Nazl Fis Nucl, Sez Catania, Catania, Italy

[49] Univ Autonoma Chiapas, Mexico City, DF, Mexico

[50] Ist Nazl Fis Nucl, Sez Milano, Milan, Italy

来源：

PHYSICAL REVIEW LETTERS | 2016年 / 117卷 / 19期

基金：

美国国家科学基金会; 英国科学技术设施理事会; 巴西圣保罗研究基金会; 澳大利亚研究理事会;

关键词：

Cosmic rays - Observatories - Cosmology;

D O I：

10.1103/PhysRevLett.117.192001

中图分类号：

O4 [物理学];

学科分类号：

0702 ;

摘要：

Ultrahigh energy cosmic ray air showers probe particle physics at energies beyond the reach of accelerators. Here we introduce a new method to test hadronic interaction models without relying on the absolute energy calibration, and apply it to events with primary energy 6-16 EeV (E-CM = 110-170 TeV), whose longitudinal development and lateral distribution were simultaneously measured by the Pierre Auger Observatory. The average hadronic shower is 1.33 +/- 0.16 (1.61 +/- 0.21) times larger than predicted using the leading LHC-tuned models EPOS-LHC (QGSJetII-04), with a corresponding excess of muons.

引用

页数：9

共 32 条

[1] The Pierre Auger Cosmic Ray Observatory [J].

Aab, A. ;

Abreu, P. ;

Aglietta, M. ;

Ahn, E. J. ;

Al Samarai, I. ;

Albert, J. N. ;

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. ;

Argiro, S. ;

Arisaka, K. ;

Arneodo, F. ;

Arqueros, F. ;

Asch, T. ;

Asorey, H. ;

Assis, P. ;

Aublin, J. ;

Ave, M. ;

Avenier, M. ;

Avila, G. ;

Awal, N. ;

Badescu, A. M. ;

Balzer, M. ;

Barber, K. B. ;

Barbosa, A. ;

Barenthien, N. ;

Barkhausen, M. ;

Baeuml, J. ;

Baus, C. ;

Beatty, J. ;

Becker, K. H. ;

Bellido, J. A. ;

BenZvi, S. ;

Berat, C. ;

Bergmann, T. ;

Bertaina, M. E. ;

Biermann, P. L. ;

Bilhaut, R. ;

Billoir, P. .

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[2] 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. .

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[3] 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. ;

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[4] Muons in air showers at the Pierre Auger Observatory: Measurement of atmospheric production depth [J].

Aab, A. ;

Abreu, P. ;

Aglietta, M. ;

Ahlers, 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. ;

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. ;

Bertou, X. ;

Biermann, P. L. ;

Billoir, P. ;

Blanco, F. ;

Blanco, M. ;

Bleve, C. ;

Bluemer, H. ;

Bohacova, M. ;

Boncioli, D. ;

Bonifazi, C. ;

Bonino, R. ;

Borodai, N. ;

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[5] 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

[6] Evidence for changing of cosmic ray composition between 1017 and 1018 eV from multicomponent measurements [J].

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Covault, CE ;

Cronin, JW ;

Dai, HY ;

Dawson, BR ;

Elbert, JW ;

Fick, BE ;

Fortson, LF ;

Fowler, JW ;

Gibbs, KG ;

Glasmacher, MAK ;

Green, KD ;

Ho, Y ;

Huang, A ;

Jui, CC ;

Kidd, MJ ;

Kieda, DB ;

Knapp, BC ;

Ko, S ;

Larsen, CG ;

Lee, W ;

Loh, EC ;

Mannel, EJ ;

Matthews, J ;

Matthews, JN ;

Newport, BJ ;

Nitz, DF ;

Ong, RA ;

Simpson, KM ;

Smith, JD ;

Sinclair, D ;

Sokolsky, P ;

Sommers, P ;

Song, C ;

Tang, JKK ;

Thomas, SB ;

van der Velde, JC ;

Wiencke, LR ;

Wilkinson, CR ;

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Zhang, XZ .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2000, 84 (19) :4276-4279

[7] GEANT4-a simulation toolkit [J].

Agostinelli, S ;

Allison, J ;

Amako, K ;

Apostolakis, J ;

Araujo, H ;

Arce, P ;

Asai, M ;

Axen, D ;

Banerjee, S ;

Barrand, G ;

Behner, F ;

Bellagamba, L ;

Boudreau, J ;

Broglia, L ;

Brunengo, A ;

Burkhardt, H ;

Chauvie, S ;

Chuma, J ;

Chytracek, R ;

Cooperman, G ;

Cosmo, G ;

Degtyarenko, P ;

Dell'Acqua, A ;

Depaola, G ;

Dietrich, D ;

Enami, R ;

Feliciello, A ;

Ferguson, C ;

Fesefeldt, H ;

Folger, G ;

Foppiano, F ;

Forti, A ;

Garelli, S ;

Giani, S ;

Giannitrapani, R ;

Gibin, D ;

Cadenas, JJG ;

González, I ;

Abril, GG ;

Greeniaus, G ;

Greiner, W ;

Grichine, V ;

Grossheim, A ;

Guatelli, S ;

Gumplinger, P ;

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