Radio measurements of the depth of air-shower maximum at the Pierre Auger Observatory

Author(s):Show less -

Halim, A. Abdul ; Abreu, P. ; Aglietta, M. ; Allekotte, I. ; Cheminant, K. Almeida ; Almela, A. ; Aloisio, R. ; Alvarez-Muniz, J. ; Ammerman Yebra, J. ; Anastasi, G. A. ; Anchordoqui, L. ; Andrada, B. ; Andringa, S. ; Anukriti ; Apollonio, L. ; Aramo, C. ; Ferreira, P. R. Araujo ; Arnone, E. ; Arteaga Velazquez, J. C. ; Assis, P. ; Avila, G. ; Avocone, E. ; Bakalova, A. ; Barbato, F. ; Mocellin, A. Bartz ; Bellido, J. A. ; Berat, C. ; Bertaina, M. E. ; Bhatta, G. ; Bianciotto, M. ; Biermann, P. L. ; Binet, V. ; Bismark, K. ; Bister, T. ; Biteau, J. ; Blazek, J. ; Bleve, C. ; Bluemer, J. ; Bohacova, M. ; Boncioli, D. ; Bonifazi, C. ; Bonneau Arbeletche, L. ; Borodai, N. ; Brack, J. ; Brichetto Orchera, P. G. ; Briechle, F. L. ; Bueno, A. ; Buitink, S. ; Buscemi, M. ; Buesken, M. ; Bwembya, A. ; Caballero-Mora, K. S. ; Cabana-Freire, S. ; Caccianiga, L. ; Caruso, R. ; Castellina, A. ; Catalani, F. ; Cataldi, G. ; Cazon, L. ; Cerda, M. ; Cermenati, A. ; Chinellato, J. A. ; Chudoba, J. ; Chytka, L. ; Clay, R. W. ; Cobos Cerutti, A. C. ; Colalillo, R. ; Coleman, A. ; Coluccia, M. R. ; Conceicao, R. ; Condorelli, A. ; Consolati, G. ; Conte, M. ; Convenga, F. ; Correia dos Santos, D. ; Costa, P. J. ; Covault, C. E. ; Cristinziani, M. ; Cruz Sanchez, C. S. ; Dasso, S. ; Daumiller, K. ; Dawson, B. R. ; de Almeida, R. M. ; de Jesus, J. ; de Jong, S. J. ; de Mello Neto, J. R. T. ; De Mitri, I. ; de Oliveira, J. ; de Oliveira Franco, D. ; de Palma, F. ; de Souza, V. ; de Souza de Errico, B. P. ; De Vito, E. ; Del Popolo, A. ; Deligny, O. ; Denner, N. ; Deval, L. ; di Matteo, A. ; Dobre, M. ; Dobrigkeit, C. ; D'Olivo, J. C. ; Domingues Mendes, L. M. ; Dorosti, Q. ; dos Anjos, J. C. ; dos Anjos, R. C. ; Ebr, J. ; Ellwanger, F. ; Emam, M. ; Engel, R. ; Epicoco, I. ; Erdmann, M. ; Etchegoyen, A. ; Evoli, C. ; Falcke, H. ; Farmer, J. ; Farrar, G. ; Fauth, A. C. ; Fazzini, N. ; Feldbusch, F. ; Fenu, F. ; Fernandes, A. ; Fick, B. ; Figueira, J. M. ; Filipcic, A. ; Fitoussi, T. ; Flaggs, B. ; Fodran, T. ; Fujii, T. ; Fuster, A. ; Galea, C. ; Galelli, C. ; Garcia, B. ; Gaudu, C. ; Gemmeke, H. ; Gesualdi, F. ; Gherghel-Lascu, A. ; Ghia, P. L. ; Giaccari, U. ; Glombitza, J. ; Gobbi, F. ; Gollan, F. ; Golup, G. ; Gomez Berisso, M. ; Gomez Vitale, P. F. ; Gongora, J. P. ; Gonzalez, J. M. ; Gonzalez, N. ; Goos, I. ; Gora, D. ; Gorgi, A. ; Gottowik, M. ; Grubb, T. D. ; Guarino, F. ; Guedes, G. P. ; Guido, E. ; Guelzow, L. ; Hahn, S. ; Hamal, P. ; Hampel, M. R. ; Hansen, P. ; Harari, D. ; Harvey, V. M. ; Haungs, A. ; Hebbeker, T. ; Hojvat, C. ; Horandel, J. R. ; Horvath, P. ; Hrabovsky, M. ; Huege, T. ; Insolia, A. ; Isar, P. G. ; Janecek, P. ; Jilek, V. ; Johnsen, J. A. ; Jurysek, J. ; Kampert, K. -H. ; Keilhauer, B. ; Khakurdikar, A. ; Kizakke Covilakam, V. V. ; Klages, H. O. ; Kleifges, M. ; Knapp, F. ; Koehler, J. ; Kunka, N. ; Lago, B. L. ; Langner, N. ; Leigui de Oliveira, M. A. ; Lema-Capeans, Y. ; Letessier-Selvon, A. ; Lhenry-Yvon, I. ; Lopes, L. ; Lu, L. ; Luce, Q. ; Lundquist, J. P. ; Machado Payeras, A. ; Majercakova, M. ; Mandat, D. ; Manning, B. C. ; Mantsch, P. ; Marafico, S. ; Mariani, F. M. ; Mariazzi, A. G. ; Maris, I. C. ; Marsella, G. ; Martello, D. ; Martinelli, S. ; Martinez Bravo, O. ; 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. ; Morello, C. ; Mulrey, K. ; Mussa, R. ; Namasaka, W. M. ; Negi, S. ; Nellen, L. ; Nguyen, K. ; Nicora, G. ; Niechciol, M. ; Nitz, D. ; Nosek, D. ; Novotny, V. ; Nozka, L. ; Nucita, A. ; Nunez, L. A. ; Oliveira, C. ; Palatka, M. ; Pallotta, J. ; Panja, S. ; Parente, G. ; Paulsen, T. ; Pawlowsky, J. ; Pech, M. ; Pekala, J. ; Pelayo, R. ; Pereira, L. A. S. ; Pereira Martins, E. E. ; Perez Armand, J. ; Perez Bertolli, C. ; Perrone, L. ; Petrera, S. ; Petrucci, C. ; Pierog, T. ; Pimenta, M. ; Platino, M. ; Pont, B. ; Pothast, M. ; Shahvar, M. Pourmohammad ; Privitera, P. ; Prouza, M. ; Puyleart, A. ; Querchfeld, S. ; Rautenberg, J. ; Ravignani, D. ; Reginatto Akim, J. V. ; Reininghaus, M. ; Ridky, J. ; Riehn, F. ; Risse, M. ; Rizi, V. ; Rodrigues de Carvalho, W. ; Rodriguez, E. ; Rodriguez Rojo, J. ; Roncoroni, M. J. ; Rossoni, S. ; Roth, M. ; Roulet, E. ; Rovero, A. C. ; Ruehl, P. ; Saftoiu, A. ; Saharan, M. ; Salamida, F. ; Salazar, H. ; Salina, G. ; Sanabria Gomez, J. D. ; Sanchez, F. ; Santos, E. M. ; Santos, E. ; Sarazin, F. ; Sarmento, R. ; Sato, R. ; Savina, P. ; Schaefer, C. M. ; Scherini, V. ; Schieler, H. ; Schimassek, M. ; Schimp, M. ; Schmidt, D. ; Scholten, O. ; Schoorlemmer, H. ; Schovanek, P. ; Schroeder, F. G. ; Schulte, J. ; Schulz, T. ; Sciutto, S. J. ; Scornavacche, M. ; Segreto, A. ; Sehgal, S. ; Shivashankara, S. U. ; Sigl, G. ; Silli, G. ; Sima, O. ; Simkova, K. ; Simon, F. ; Smau, R. ; Smida, R. ; Sommers, P. ; Soriano, J. F. ; Squartini, R. ; Stadelmaier, M. ; Stanic, S. ; Stasielak, J. ; Stassi, P. ; Straehnz, S. ; Straub, M. ; Suomijarvi, T. ; Supanitsky, A. D. ; Svozilikova, Z. ; Szadkowski, Z. ; Tairli, F. ; Tapia, A. ; Taricco, C. ; Timmermans, C. ; Tkachenko, O. ; Tobiska, P. ; Todero Peixoto, C. J. ; Tome, B. ; Torres, Z. ; Travaini, A. ; Travnicek, P. ; Trimarelli, C. ; Tueros, M. ; Unger, M. ; Vaclavek, L. ; Vacula, M. ; Valdes Galicia, J. F. ; Valore, L. ; Varela, E. ; Vasquez-Ramirez, A. ; Veberic, D. ; Ventura, C. ; Vergara Quispe, I. D. ; Verzi, V. ; Vicha, J. ; Vink, J. ; Vorobiov, S. ; Watanabe, C. ; Watson, A. A. ; Weindl, A. ; Wiencke, L. ; Wilczynski, H. ; Wittkowski, D. ; Wundheiler, B. ; Yue, B. ; Yushkov, A. ; Zapparrata, O. ; Zas, E. ; Zavrtanik, D. ; Zavrtanik, M.

• Document type: Journal article
• Source: PHYSICAL REVIEW D; v. 109, n. 2, p. 24-pg., 2024-01-08.

Abstract

The Auger Engineering Radio Array (AERA), part of the Pierre Auger Observatory, is currently the largest array of radio antenna stations deployed for the detection of cosmic rays, spanning an area of 17 km2 with 153 radio stations. It detects the radio emission of extensive air showers produced by cosmic rays in the 30-80 MHz band. Here, we report the AERA measurements of the depth of the shower maximum (Xmax), a probe for mass composition, at cosmic-ray energies between 1017.5 and 1018.8 eV, which show agreement with earlier measurements with the fluorescence technique at the Pierre Auger Observatory. We show advancements in the method for radio Xmax reconstruction by comparison to dedicated sets of CORSIKA/COREAS air-shower simulations, including steps of reconstruction-bias identification and correction, which is of particular importance for irregular or sparse radio arrays. Using the largest set of radio air-shower measurements to date, we show the radio Xmaxresolution as a function of energy, reaching a resolution better than 15 g cm-2 at the highest energies, demonstrating that radio Xmax measurements are competitive with the established high-precision fluorescence technique. In addition, we developed a procedure for performing an extensive data-driven study of systematic uncertainties, including the effects of acceptance bias, reconstruction bias, and the investigation of possible residual biases. These results have been cross-checked with air showers measured independently with both the radio and fluorescence techniques, a setup unique to the Pierre Auger Observatory. (AU)

• FAPESP's process: 10/07359-6 - Study of cosmic rays of highest energies with the Pierre Auger Observatory
• Grantee: Carola Dobrigkeit Chinellato
• Support Opportunities: Research Projects - Thematic Grants
• FAPESP's process: 99/05404-3 - Pierre Auger Observatory
• Grantee: Carlos Ourivio Escobar
• Support Opportunities: Research Projects - Thematic Grants
• FAPESP's process: 19/10151-2 - Study of Ultra-High Energy Cosmic Rays with the Pierre Auger Observatory upgrade AugerPrime
• Grantee: Carola Dobrigkeit Chinellato
• Support Opportunities: Special Projects