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Article Dans Une Revue Phys.Rev.D Année : 2024

Radio Measurements of the Depth of Air-Shower Maximum at the Pierre Auger Observatory

A Abdul Halim , P Abreu , M Aglietta , I Allekotte , K Almeida Cheminant , A Almela , R Aloisio , J Alvarez-Muñiz , J Ammerman Yebra , G.A Anastasi , L Anchordoqui , B Andrada , S Andringa , M Anukriti , L Apollonio , C Aramo , P.R Araújo Ferreira , E Arnone , J.C Arteaga Velázquez , P Assis , G Avila , E Avocone , A Bakalova , F Barbato , A Bartz Mocellin , J.A Bellido , C Berat (1) , M.E Bertaina , G Bhatta , M Bianciotto , P.L Biermann , V Binet , K Bismark , T Bister , J Biteau (2) , J Blazek , C Bleve (1) , J Blümer , M Boháčová , D Boncioli , C Bonifazi , L Bonneau Arbeletche , N Borodai , J Brack , P.G Brichetto Orchera , F.L Briechle , A Bueno , S Buitink , M Buscemi , M Büsken , A Bwembya , K.S Caballero-Mora , S Cabana-Freire , L Caccianiga , R Caruso , A Castellina , F Catalani , G Cataldi , L Cazon , M Cerda , A Cermenati , J.A Chinellato , J Chudoba , L Chytka , R.W Clay , A.C Cobos Cerutti , R Colalillo , A Coleman , M.R Coluccia , R Conceição , A Condorelli (2) , G Consolati , M Conte , F Convenga , D Correia dos Santos , P.J Costa , C.E Covault , M Cristinziani , C.S Cruz Sanchez , S Dasso , K Daumiller , B.R Dawson , R.M de Almeida , J de Jesús , S.J de Jong , J.R.T de Mello Neto , I de Mitri , J de Oliveira , D de Oliveira Franco , F de Palma , V de Souza , B.P de Souza de Errico , E de Vito , A del Popolo , O Deligny (2) , N Denner , L Deval , A Di Matteo , M Dobre , C Dobrigkeit , J.C d'Olivo , L.M Domingues Mendes , Q Dorosti , J.C dos Anjos , R.C dos Anjos , J Ebr , F Ellwanger , M Emam , R Engel , I Epicoco , M Erdmann , A Etchegoyen , C Evoli , H Falcke , J Farmer , G Farrar , A.C Fauth , N Fazzini , F Feldbusch , F Fenu , A Fernandes , B Fick , J.M Figueira , A Filipčič , T Fitoussi , B Flaggs , T Fodran , T Fujii , A Fuster , C Galea , C Galelli , B García , C Gaudu , H Gemmeke , F Gesualdi , A Gherghel-Lascu , P.L Ghia (2) , U Giaccari , J Glombitza , F Gobbi , F Gollan , G Golup , M Gómez Berisso , P.F Gómez Vitale , J.P Gongora , J.M González , N González , I Goos , D Góra , A Gorgi , M Gottowik , T.D Grubb , F Guarino , G.P Guedes , E Guido , L Gülzow , S Hahn , P Hamal , M.R Hampel , P Hansen , D Harari , V.M Harvey , A Haungs , T Hebbeker , C Hojvat , J.R Hörandel , P Horvath , M Hrabovský , T Huege , A Insolia , P.G Isar , P Janecek , V Jilek , J.A Johnsen , J Jurysek , K.-H Kampert , B Keilhauer , A Khakurdikar , V.V Kizakke Covilakam , H.O Klages , M Kleifges , F Knapp , J Köhler , N Kunka , B.L Lago , N Langner , M.A Leigui de Oliveira , Y Lema-Capeans , A Letessier-Selvon (3) , I Lhenry-Yvon (2) , L Lopes , L Lu , Q Luce , J.P Lundquist , A Machado Payeras , M Majercakova , D Mandat , B.C Manning , P Mantsch , S Marafico (2) , F.M Mariani , A.G Mariazzi , I.C Maris , G Marsella , D Martello , S Martinelli , O Martínez Bravo , M.A Martins , H.-J Mathes , J Matthews , G Matthiae , E Mayotte , S Mayotte , P.O Mazur , G Medina-Tanco , J Meinert , D Melo , A Menshikov , C Merx , S Michal , M.I Micheletti , L Miramonti , S Mollerach , F Montanet (1) , L Morejon , C Morello , K Mulrey , R Mussa , W.M Namasaka , S Negi , L Nellen , K Nguyen , G Nicora , M Niechciol , D Nitz , D Nosek , V Novotny , L Nožka , A Nucita , L.A Núñez , C Oliveira , M Palatka , J Pallotta , S Panja , G Parente , T Paulsen , J Pawlowsky , M Pech , J Pekala , R Pelayo , L.A.S Pereira , E.E Pereira Martins , J Perez Armand , C Pérez Bertolli , L Perrone , S Petrera , C Petrucci , T Pierog , M Pimenta , M Platino , B Pont , M Pothast , M Pourmohammad Shahvar , P Privitera , M Prouza , A Puyleart , S Querchfeld , J Rautenberg , D Ravignani , J.V Reginatto Akim , M Reininghaus , J Ridky , F Riehn , M Risse , V Rizi , W Rodrigues de Carvalho , E Rodriguez , J Rodriguez Rojo , M.J Roncoroni , S Rossoni , M Roth , E Roulet , A.C Rovero , P Ruehl , A Saftoiu , M Saharan , F Salamida , H Salazar , G Salina , J.D Sanabria Gomez , F Sánchez , E.M Santos , E Santos , F Sarazin , R Sarmento , R Sato , P Savina , C.M Schäfer , V Scherini , H Schieler , M Schimassek (2) , M Schimp , D Schmidt , O Scholten , H Schoorlemmer , P Schovánek , F.G Schröder , J Schulte , T Schulz , S.J Sciutto , M Scornavacche , A Segreto , S Sehgal , S.U Shivashankara , G Sigl , G Silli , O Sima , K Simkova , F Simon , R Smau , R Smída , P Sommers , J.F Soriano , R Squartini , M Stadelmaier , S Stanič , J Stasielak , P Stassi (1) , S Strähnz , M Straub , T Suomijärvi (2) , A.D Supanitsky , Z Svozilikova , Z Szadkowski , F Tairli , A Tapia , C Taricco , C Timmermans , O Tkachenko , P Tobiska , C.J Todero Peixoto , B Tomé , Z Torrès (1) , A Travaini , P Travnicek , C Trimarelli , M Tueros , M Unger , L Vaclavek , M Vacula , J.F Valdés Galicia , L Valore , E Varela , A Vásquez-Ramírez , D Veberič , C Ventura , I.D Vergara Quispe , V Verzi , J Vicha , J Vink , S Vorobiov , C Watanabe , A.A Watson , A Weindl , L Wiencke , H Wilczynski , D Wittkowski , B Wundheiler , B Yue , A Yushkov , O Zapparrata , E Zas , D Zavrtanik , M Zavrtanik
A Abdul Halim
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P Schovánek
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F.G Schröder
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J Schulte
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T Schulz
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M Scornavacche
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A Segreto
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G Sigl
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G Silli
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K Simkova
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M Stadelmaier
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J Stasielak
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S Strähnz
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M Straub
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A.D Supanitsky
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Z Svozilikova
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Z Szadkowski
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F Tairli
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A Tapia
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C Taricco
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C Timmermans
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O Tkachenko
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P Tobiska
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C.J Todero Peixoto
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B Tomé
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A Travaini
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P Travnicek
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C Trimarelli
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M Tueros
  • Fonction : Auteur
M Unger
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L Vaclavek
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M Vacula
  • Fonction : Auteur
J.F Valdés Galicia
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L Valore
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E Varela
  • Fonction : Auteur
A Vásquez-Ramírez
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D Veberič
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C Ventura
  • Fonction : Auteur
I.D Vergara Quispe
  • Fonction : Auteur
V Verzi
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J Vicha
  • Fonction : Auteur
J Vink
  • Fonction : Auteur
S Vorobiov
  • Fonction : Auteur
C Watanabe
  • Fonction : Auteur
A.A Watson
  • Fonction : Auteur
A Weindl
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L Wiencke
  • Fonction : Auteur
H Wilczynski
  • Fonction : Auteur
D Wittkowski
  • Fonction : Auteur
B Wundheiler
  • Fonction : Auteur
B Yue
  • Fonction : Auteur
A Yushkov
  • Fonction : Auteur
O Zapparrata
  • Fonction : Auteur
E Zas
  • Fonction : Auteur
D Zavrtanik
  • Fonction : Auteur
M Zavrtanik
  • Fonction : Auteur

Résumé

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 $17$ km$^2$ 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 ($X_\text{max}$), a probe for mass composition, at cosmic-ray energies between $10^{17.5}$ to $10^{18.8}$ eV, which show agreement with earlier measurements with the fluorescence technique at the Pierre Auger Observatory. We show advancements in the method for radio $X_\text{max}$ 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 $X_\text{max}$ resolution as a function of energy, reaching a resolution better than $15$ g cm$^{-2}$ at the highest energies, demonstrating that radio $X_\text{max}$ 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.

Dates et versions

hal-04284354 , version 1 (14-11-2023)

Identifiants

Citer

A Abdul Halim, P Abreu, M Aglietta, I Allekotte, K Almeida Cheminant, et al.. Radio Measurements of the Depth of Air-Shower Maximum at the Pierre Auger Observatory. Phys.Rev.D, 2024, 109 (2), pp.022002. ⟨10.1103/PhysRevD.109.022002⟩. ⟨hal-04284354⟩
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