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Measurement of the depth of maximum of air-shower profiles with energies between 1018.5 and 1020 eV using the surface detector of the Pierre Auger Observatory and deep learning

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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. ; Dourado, L. Andrade ; Andringa, S. ; 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 ; 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. ; Campuzano, F. ; Caruso, R. ; Castellina, A. ; Catalani, F. ; Cataldi, G. ; Cazon, L. ; Cerda, M. ; Cermakova, B. ; Cermenati, A. ; Chinellato, J. A. ; Chudoba, J. ; Chytka, L. ; Clay, R. W. ; Cobos Cerutti, A. C. ; Colalillo, R. ; 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 Errico, B. ; 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 Vito, E. ; Del Popolo, A. ; Deligny, O. ; Denner, N. ; Deval, L. ; di Matteo, A. ; Do, J. A. ; Dobre, M. ; Dobrigkeit, C. ; D'Olivo, J. C. ; Domingues Mendes, L. M. ; Dorosti, Q. ; dos Anjos, J. C. ; dos Anjos, R. 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V. ; Klages, H. O. ; Kleifges, M. ; Knapp, F. ; Koehler, J. ; Krieger, F. ; 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. ; 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. ; 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. ; Pelgrims, V. ; Pereira, L. A. S. ; Pereira Martins, E. E. ; 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. ; Querchfeld, S. ; Rautenberg, J. ; Ravignani, D. ; Reginatto Akim, J. V. ; Reininghaus, M. ; Reuzki, A. ; Ridky, J. ; Riehn, F. ; Risse, M. ; Rizi, V. ; de Carvalho, W. Rodrigues ; Rodriguez, E. ; Rodriguez Rojo, J. ; Roncoroni, M. J. ; Rossoni, S. ; Roth, M. ; Roulet, E. ; Rovero, A. C. ; 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. ; Sedoski, A. ; Segreto, A. ; Sehgal, S. ; Shivashankara, S. U. ; Sigl, G. ; Simkova, K. ; Simon, F. ; Smau, R. ; Smida, R. ; Sommers, P. ; 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. ; Tueros, M. ; Unger, M. ; Uzeiroska, R. ; Vaclavek, L. ; Vacula, M. ; Valdes Galicia, J. F. ; Valore, L. ; Varela, E. ; Vasickova, V. ; Vasquez-Ramirez, A. ; Veberic, D. ; 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.
Número total de Autores: 366
Tipo de documento: Artigo Científico
Fonte: PHYSICAL REVIEW D; v. 111, n. 2, p. 30-pg., 2025-01-13.
Resumo

We report an investigation of the mass composition of cosmic rays with energies from 3 to 100 EeV ( 1 EeV = 10(18) eV) using the distributions of the depth of shower maximum X-max. The analysis relies on similar to 50; 000 events recorded by the surface detector of the Pierre Auger Observatory and a deep-learning-based reconstruction algorithm. Above energies of 5 EeV, the dataset offers a 10-fold increase in statistics with respect to fluorescence measurements at the Observatory. After cross-calibration using the fluorescence detector, this enables the first measurement of the evolution of the mean and the standard deviation of the X-max distributions up to 100 EeV. Our findings are threefold: (i) The evolution of the mean logarithmic mass toward a heavier composition with increasing energy can be confirmed and is extended to 100 EeV. (ii) The evolution of the fluctuations of X-max toward a heavier and purer composition with increasing energy can be confirmed with high statistics. We report a rather heavy composition and small fluctuations in X-max at the highest energies. (iii) We find indications for a characteristic structure beyond a constant change in the mean logarithmic mass, featuring three breaks that are observed in proximity to the ankle, instep, and suppression features in the energy spectrum. (AU)

Processo FAPESP: 10/07359-6 - Estudo dos raios cósmicos de mais altas energias com o Observatório Pierre Auger
Beneficiário:Carola Dobrigkeit Chinellato
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
Processo FAPESP: 99/05404-3 - Observatório Pierre Auger
Beneficiário:Carlos Ourivio Escobar
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
Processo FAPESP: 19/10151-2 - Estudo de raios cósmicos de energias ultra-altas com o AugerPrime
Beneficiário:Carola Dobrigkeit Chinellato
Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Projetos Especiais