PoS - Proceedings of Science
Volume 395 - 37th International Cosmic Ray Conference (ICRC2021) - CRI - Cosmic Ray Indirect
Event-by-event reconstruction of the shower maximum $X_{\mathrm{max}}$ with the Surface Detector of the Pierre Auger Observatory using deep learning
Presented by J. Glombitza*  on behalf of  The Pierre Auger Collaboration, P. Abreu, M. Aglietta, J.M. Albury, I. Allekotte, A. Almela, J. Alvarez-Muniz, R. Alves Batista, G.A. Anastasi, L.A. Anchordoqui, B. Andrada, S. Andringa, C. Aramo, P.R. Araújo Ferreira, J.C. Arteaga Velazquez, H.G. Asorey, P. Assis, G. Avila, A.M. Badescu, A. Bakalova, A. Balaceanu, F. Barbato, R.J. Barreira Luz, K.H. Becker, J.A. Bellido, C. Berat, M.E. Bertaina, X. Bertou, P.L. Biermann, V. Binet, K. Bismark, T. Bister, J. Biteau, J. Blazek, C. Bleve, M. Bohacova, D. Boncioli, C. Bonifazi, L. Bonneau Arbeletche, N. Borodai, A.M. Botti, J. Brack, T. Bretz, P.G. Brichetto Orchera, F.L. Briechle, P. Buchholz, A. Bueno, S. Buitink, M. Buscemi, M. Büsken, K.S. Caballero-Mora, L. Caccianiga, F. Canfora, I. Caracas, J.M. Carceller, R. Caruso, A. Castellina, F. Catalani, G. Cataldi, L. Cazon, M. Cerda, J.A. Chinellato, J. Chudoba, L. Chytka, R.W. Clay, A. Cobos Cerutti, R. Colalillo, A. Coleman, M.R. Coluccia, R. Conceição, A. Condorelli, G. Consolati, F. Contreras, F. Convenga, D. Correia dos Santos, C. Covault, S. Dasso, K. Daumiller, B.R. Dawson, J.A. Day, R.M. de Almeida, J. de Jesús, S.J. de Jong, G. De Mauro, J. de Mello Neto, I. De Mitri, J. de Oliveira, D. de Oliveira Franco, F. de Palma, V. de Souza, E. De Vito, M. del Río, O. Deligny, L. Deval, A. di Matteo, C. Dobrigkeit, J.C. D'Olivo, L.M. Domingues Mendes, R. dos Anjos, D. dos Santos, M.T. Dova, J. Ebr, R. Engel, I. Epicoco, M. Erdmann, C.O. Escobar, A. Etchegoyen, H. Falcke, J. Farmer, G.R. Farrar, A. Fauth, N. Fazzini, F. Feldbusch, F. Fenu, B. Fick, J.M. Figueira, A. Filipcic, T. Fitoussi, T. Fodran, M.M. Freire, T. Fujii, A. Fuster, C. Galea, C. Galelli, B. García, A.L. García Vegas, H. Gemmeke, F. Gesualdi, A. Gherghel-Lascu, P.L. Ghia, U. Giaccari, M. Giammarchi, F. Gobbi, F. Gollan, G. Golup, M. Gómez Berisso, P.F. Gómez Vitale, J.P. Gongora, J.M. González, N.M. Gonzalez, I. Goos, D. Gora, A. Gorgi, M. Gottowik, T.D. Grubb, F. Guarino, G. Guedes, E. Guido, S. Hahn, P. Hamal, M.R. Hampel, P.M. Hansen, D. Harari, V.M. Harvey, A. Haungs, T. Hebbeker, D. Heck, G.C. Hill, C. Hojvat, J. Hörandel, P. Horvath, M. Hrabovsky, T. Huege, A. Insolia, P.G. Isar, P. Janecek, J.A. Johnsen, J. Juryšek, A. Kääpä, K.H. Kampert, N. Karastathis, B. Keilhauer, J. Kemp, A. Khakurdikar, V.V. Kizakke Covilakam, H. Klages, M. Kleifges, J. Kleinfeller, M. Köpke, N. Kunka, B.L. Lago, R.G. Lang, N. Langner, M.A. Leigui de Oliveira, V. Lenok, A. Letessier-Selvon, I. Lhenry-Yvon, D. Lo Presti, L. Lopes, R. López, L. Lu, Q. Luce, J.P. Lundquist, A. Machado Payeras, G. Mancarella, D. Mandat, B.C. Manning, J. Manshanden, P. Mantsch, S. Marafico, A. Mariazzi, I.C. Maris, G. Marsella, D. Martello, S. Martinelli, O. Martínez Bravo, M. Mastrodicasa, H.J. Mathes, J. Matthews, G. Matthiae, E. Mayotte, P. Mazur, G. Medina-Tanco, D. Melo, A. Menshikov, K.D. Merenda, S. Michal, M.I. Micheletti, L. Miramonti, S. Mollerach, F. Montanet, C. Morello, M. Mostafa, A.L. Müller, M.A. Muller, K. Mulrey, R. Mussa, M.S. Muzio, W.M. Namasaka, A. Nasr-Esfahani, L. Nellen, M. Niculescu-Oglinzanu, M. Niechciol, D. Nitz, D. Nosek, V. Novotný, L. Nozka, A. Nucita, L.A. Nunez, M. Palatka, J. Pallotta, P. Papenbreer, G. Parente, A. Parra, J. Pawlowsky, M. Pech, F. Pedreira, J. Pękala, R. Pelayo, J. Peña-Rodríguez, E.E. Pereira Martins, J. Perez Armand, C. Pérez Bertolli, M. Perlin, L. Perrone, S. Petrera, T. Pierog, M. Pimenta, V. Pirronello, M. Platino, B. Pont, M. Pothast, P. Privitera, M. Prouza, A. Puyleart, S. Querchfeld, J. Rautenberg, D. Ravignani, M. Reininghaus, J. Ridky, F. Riehn, M. Risse, V. Rizi, W. Rodrigues de Carvalho, J.R. Rodriguez Rojo, M.J. Roncoroni, S. Rossoni, M. Roth, E. Roulet, A. Rovero, P. Ruehl, A. Saftoiu, F. Salamida, H.I. Salazar, G. Salina, J. Sanabria Gomez, F.A. Sánchez, E.M. Santos, E. Santos, F. Sarazin, R. Sarmento, C. Sarmiento-Cano, R. Sato, P. Savina, C.M. Schäfer, V. Scherini, H. Schieler, M. Schimassek, M. Schimp, F. Schlüter, D. Schmidt, O. Scholten, P. Schovanek, F.G. Schröder, S. Schröder, J. Schulte, S. Sciutto, M. Scornavacche, A. Segreto, S. Sehgal, R.C. Shellard, G. Sigl, G. Silli, O. Sima, R. Smida, P. Sommers, J.F. Soriano, J. Souchard, R. Squartini, M. Stadelmaier, D. Stanca, S. Stanič, J. Stasielak, P. Stassi, A. Streich, M. Suárez-Durán, T. Sudholz, T. Suomijarvi, A.D. Supanitsky, Z. Szadkowski, A. Tapia, C. Taricco, C. Timmermans, O. Tkachenko, P. Tobiska, C.J. Todero Peixoto, B. Tomé, Z. Torrès, A. Travaini, P. Travnicek, C. Trimarelli, M. Tueros, R. Ulrich, M. Unger, L. Vaclavek, M. Vacula, J.F. Valdés Galicia, L. Valore, E. Varela, A. Vásquez-Ramírez, D. Veberic, C. Ventura, I.D. Vergara Quispe, V. Verzi, J. Vicha, J. Vink, S. Vorobiov, H. Wahlberg, C.K.O. Watanabe, A. Watson, M. Weber, A. Weindl, L. Wiencke, H. Wilczyński, M. Wirtz, D. Wittkowski, B. Wundheiler, A. Yushkov, O. Zapparrata, E. Zas, D. Zavrtanik, M. Zavrtanik and L. Zehreret al. (click to show)
Full text: pdf
Pre-published on: October 13, 2021
Published on:
Abstract
The measurement of the mass composition of ultra-high energy cosmic rays constitutes a prime challenge in astroparticle physics. Most detailed information on the composition can be obtained from measurements of the depth of maximum of air showers, $X_{\mathrm{max}}$, with the use of fluorescence telescopes, which can be operated only during clear and moonless nights.

Using deep neural networks, it is now possible for the first time to perform an event-by-event reconstruction of $X_{\mathrm{max}}$ with the Surface Detector (SD) of the Pierre Auger Observatory. Therefore, previously recorded data can be analyzed for information on $X_{\mathrm{max}}$, and thus, the cosmic-ray composition. Since the SD operates with a duty cycle of almost $100\%$ and its event selection is less strict than for the Fluorescence Detector (FD), the gain in statistics with respect to the FD is almost a factor of 15 for energies above $10^{19.5}~\mathrm{eV}$.

In this contribution, we introduce the neural network particularly designed for the SD of the Pierre Auger Observatory.
We evaluate its performance using three different hadronic interaction models, verify its functionality using Auger hybrid measurements, and find that the method can extract mass information on an event level.
DOI: https://doi.org/10.22323/1.395.0359
How to cite

Metadata are provided both in "article" format (very similar to INSPIRE) as this helps creating very compact bibliographies which can be beneficial to authors and readers, and in "proceeding" format which is more detailed and complete.

Open Access
Creative Commons LicenseCopyright owned by the author(s) under the term of the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.