PoS - Proceedings of Science
Volume 444 - 38th International Cosmic Ray Conference (ICRC2023) - Cosmic-Ray Physics (Indirect, CRI)
Mass Composition from 3 EeV to 100 EeV using the Depth of the Maximum of Air-Shower Profiles Estimated with Deep Learning using Surface Detector Data of the Pierre Auger Observatory
 The Pierre Auger Collaboration, A. Abdul Halim, P. Abreu, M. Aglietta, I. Allekotte, K. Almeida Cheminant, A. Almela, R. Aloisio, J. Alvarez-Muniz, J. Ammerman Yebra, G.A. Anastasi, L.A. Anchordoqui, B. Andrada, S. Andringa, C. Aramo, P.R. Araújo Ferreira, E. Arnone, J.C. Arteaga Velazquez, H.G. Asorey, P. Assis, G. Avila, E. Avocone, A.M. Badescu, A. Bakalova, A. Balaceanu, F. Barbato, A. Bartz Mocellin, J.A. Bellido, C. Berat, M.E. Bertaina, G. Bhatta, M. Bianciotto, P.L. Biermann, V. Binet, K. Bismark, T. Bister, J. Biteau, J. Blazek, C. Bleve, J. Blümer, M. Bohacova, 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, I. Caracas, 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. Cobos Cerutti, R. Colalillo, A. Coleman, M.R. Coluccia, R. Conceição, A. Condorelli, G. Consolati, M. Conte, F. Convenga, D. Correia dos Santos, P.J. Costa, C. Covault, M. Cristinziani, C.S. Cruz Sanchez, S. Dasso, K. Daumiller, B.R. Dawson, R.M. de Almeida, J. de Jesus, S.J. de Jong, J. de Mello Neto, I. De Mitri, J. de Oliveira, D. de Oliveira Franco, F. de Palma, V. de Souza, E. De Vito, A. Del Popolo, O. Deligny, N. Denner, L. Deval, A. di Matteo, M. Dobre, C. Dobrigkeit, J.C. D'Olivo, L.M. Domingues Mendes, J. dos Anjos, R.C. dos Anjos, J. Ebr, F.H. Ellwanger, M. Emam, R. Engel, I. Epicoco, M. Erdmann, A. Etchegoyen, C. Evoli, H. Falcke, J. Farmer, G.R. Farrar, A. Fauth, N. Fazzini, F. Feldbusch, F. Fenu, A. Fernandes, B. Fick, J.M. Figueira, A. Filipcic, 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, U. Giaccari, M. Giammarchi, J. Glombitza*, 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.T. Hahn, P. Hamal, M.R. Hampel, P.M. Hansen, D. Harari, V.M. Harvey, A. Haungs, T. Hebbeker, C. Hojvat, J.R. Hörandel, P. Horvath, M. Hrabovsky, T. Huege, A. Insolia, P.G. Isar, P. Janecek, J.A. Johnsen, J. Jurysek, A. Kääpä, K.H. Kampert, B. Keilhauer, A. Khakurdikar, V.V. Kizakke Covilakam, H. Klages, M. Kleifges, F. Knapp, N. Kunka, B.L. Lago, N. Langner, M.A. Leigui de Oliveira, Y. Lema-Capeans, V. Lenok, A. Letessier-Selvon, I. Lhenry-Yvon, D. Lo Presti, L. Lopes, L. Lu, Q. Luce, J.P. Lundquist, A. Machado Payeras, M. Majercakova, D. Mandat, B.C. Manning, P. Mantsch, S. Marafico, F.M. Mariani, A. Mariazzi, I.C. Maris, G. Marsella, D. Martello, S. Martinelli, O. Martínez Bravo, M.A. Martins, M. Mastrodicasa, H.J. Mathes, J. Matthews, G. Matthiae, E.W. Mayotte, S. Mayotte, P. Mazur, G. Medina-Tanco, J. Meinert, D. Melo, A. Menshikov, C. Merx, S. Michal, M.I. Micheletti, L. Miramonti, S. Mollerach, F. Montanet, L. Morejon, C. Morello, A.L. Müller, K. Mulrey, R. Mussa, M.S. Muzio, W.M. Namasaka, S. Negi, L. Nellen, K. Nguyen, G. Nicora, M. Niculescu-Oglinzanu, M. Niechciol, D. Nitz, D. Nosek, V. Novotný, L. Nozka, A. Nucita, L.A. Nunez, C. Oliveira, M. Palatka, J. Pallotta, S. Panja, G. Parente, T. Paulsen, J. Pawlowsky, M. Pech, J. Pękala, R. Pelayo, L.A. 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, M. Reininghaus, J. Ridky, F. Riehn, M. Risse, V. Rizi, W. Rodrigues de Carvalho, E. Rodriguez, J.R. Rodriguez Rojo, M.J. Roncoroni, S. Rossoni, M. Roth, E. Roulet, A. Rovero, P. Ruehl, A. Saftoiu, M. Saharan, F. Salamida, H.I. Salazar, G. Salina, J. Sanabria Gomez, F.A. Sánchez, E.M. Santos, E. Santos, F. Sarazin, R. Sarmento, R. Sato, P. Savina, C.M. Schäfer, V. Scherini, H. Schieler, M. Schimassek, M. Schimp, F. Schlüter, D. Schmidt, O. Scholten, H. Schoorlemmer, P. Schovanek, 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, F. Simon, R. Smau, R. Smida, P. Sommers, J.F. Soriano, R. Squartini, M. Stadelmaier, D. Stanca, S. Stanič, J. Stasielak, P. Stassi, S. Strähnz, M. Straub, M. Suárez-Durán, T. Suomijarvi, A.D. Supanitsky, Z. Svozilikova, 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.J. Tueros, 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, J. Vlastimil, S. Vorobiov, C.K.O. Watanabe, A. Watson, A. Weindl, L. Wiencke, H. Wilczyński, D. Wittkowski, B. Wundheiler, B. Yue, A. Yushkov, O. Zapparrata, E. Zas, D. Zavrtanik and M. Zavrtaniket al. (click to show)
Full text: pdf
Pre-published on: July 25, 2023
Published on:
Abstract

We present a new analysis for estimating the depth of the maximum of air-shower profiles, $X_\mathrm{max}$, to investigate the evolution of the ultra-high-energy cosmic ray mass composition from 3 to 100 EeV.
We use a recently developed deep-learning-based technique for the reconstruction of $X_\mathrm{max}$ from the data of the surface detector of the Pierre Auger Observatory.
To avoid systematic uncertainties arising from hadronic interaction models in the simulation of surface detector data, we calibrate the new reconstruction technique with observations of the fluorescence detector.
Using the novel analysis, we have a 10-fold increase of statistics at $E>5$ EeV with respect to fluorescence detector data. We are able, for the first time, to study the evolution of the mean and standard deviation of the $X_\mathrm{max}$ distributions up to 100 EeV.

We find an excellent agreement with fluorescence observations and confirm the increase of the mean logarithmic mass <lnA> and a decrease of the $X_\mathrm{max}$ fluctuations with energy.
The $X_\mathrm{max}$ measurement at the highest --- so far inaccessible --- energies is consistent with a pure mass composition and a mean logarithmic
mass of around $\sim3$ (estimated using the Sibyll 2.3d and the EPOS-LHC hadronic interaction models).
Furthermore, with the increase in statistics, we find indications for a structure beyond a constant elongation rate in the evolution of $X_\mathrm{max}$.
DOI: https://doi.org/10.22323/1.444.0278
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.