Maximum entropy analysis of cosmic ray composition

被引:1
作者
Nosek, Dalibor [1 ]
Ebr, Jan [2 ]
Vicha, Jakub [2 ]
Travnicek, Petr [2 ]
Noskova, Jana [3 ]
机构
[1] Charles Univ Prague, Fac Math & Phys, Prague, Czech Republic
[2] Acad Sci Czech Republic, Inst Phys, Prague, Czech Republic
[3] Czech Tech Univ, Fac Civil Engn, CR-16635 Prague, Czech Republic
关键词
Ultra-high energy cosmic rays; Extensive air showers; Cosmic ray composition; STATISTICAL-MECHANICS; INFORMATION-THEORY; MASS COMPOSITION; DEPTH; MODEL;
D O I
10.1016/j.astropartphys.2015.12.005
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
We focus on the primary composition of cosmic rays with the highest energies that cause extensive air showers in the Earth's atmosphere. A way of examining the two lowest order moments of the sample distribution of the depth of shower maximum is presented. The aim is to show that useful information about the composition of the primary beam can be inferred with limited knowledge we have about processes underlying these observations. In order to describe how the moments of the depth of shower maximum depend on the type of primary particles and their energies, we utilize a superposition model. Using the principle of maximum entropy, we are able to determine what trends in the primary composition are consistent with the input data, while relying on a limited amount of information from shower physics. Some capabilities and limitations of the proposed method are discussed. In order to achieve a realistic description of the primary mass composition, we pay special attention to the choice of the parameters of the superposition model. We present two examples that demonstrate what consequences can be drawn for energy dependent changes in the primary composition. (C) 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.
引用
收藏
页码:9 / 18
页数:10
相关论文
共 41 条
[1]   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)
[2]   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)
[3]   Depth of maximum of air-shower profiles at the Pierre Auger Observatory. I. Measurements at energies above 1017.8 eV [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. ;
Bertaina, 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)
[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. ;
Brack, J. ;
Brancus, I. ;
Brogueira, P. ;
Brown, W. C. .
PHYSICAL REVIEW D, 2014, 90 (01)
[5]   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. ;
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
[6]   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)
[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]   Interpretation of the depths of maximum of extensive air showers measured by the Pierre Auger Observatory [J].
Abreu, P. ;
Aglietta, M. ;
Ahlers, M. ;
Ahn, E. J. ;
Albuquerque, I. F. M. ;
Allekotte, I. ;
Allen, J. ;
Allison, P. ;
Almela, A. ;
Alvarez Castillo, J. ;
Alvarez-Muniz, J. ;
Alves Batista, R. ;
Ambrosio, M. ;
Aminaei, A. ;
Anchordoqui, L. ;
Andringa, S. ;
Anticic, T. ;
Aramo, C. ;
Arqueros, F. ;
Asorey, H. ;
Assis, P. ;
Aublin, J. ;
Ave, M. ;
Avenier, M. ;
Avila, G. ;
Badescu, A. M. ;
Barber, K. B. ;
Barbosa, A. F. ;
Bardenet, R. ;
Baughman, B. ;
Baeuml, J. ;
Baus, C. ;
Beatty, J. J. ;
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. ;
Bonino, R. ;
Borodai, N. .
JOURNAL OF COSMOLOGY AND ASTROPARTICLE PHYSICS, 2013, (02)
[9]   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)
[10]   Search for ultrahigh energy neutrinos in highly inclined events at the Pierre Auger Observatory [J].
Abreu, P. ;
Aglietta, M. ;
Ahn, E. J. ;
Albuquerque, I. F. M. ;
Allard, D. ;
Allekotte, I. ;
Allen, J. ;
Allison, P. ;
Alvarez Castillo, J. ;
Alvarez-Muniz, J. ;
Ambrosio, M. ;
Aminaei, A. ;
Anchordoqui, L. ;
Andringa, S. ;
Anticic, T. ;
Anzalone, A. ;
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 D, 2011, 84 (12)