Volume 485 - The European Physical Society Conference on High Energy Physics (EPS-HEP2025) - T01 Astroparticles, Gravitation and Cosmology
Inference of the Mass Composition of Cosmic Rays with energies between 3 and 100 EeV using the data of the Pierre Auger Observatory and Deep Learning
 The Pierre Auger Collaboration, A. Abdul Halim, P. Abreu, M. Aglietta, I. Allekotte, K. Almeida Cheminant, A. Almela, R. Aloisio, J. Alvarez-Muñiz, A. Ambrosone, J. Ammerman Yebra, L.A. Anchordoqui, B. Andrada, L. Andrade Dourado, L. Apollonio, C. Aramo, E. Arnone, J.C. Arteaga Velazquez, P. Assis, G. Avila, E. Avocone, A. Bakalova, A.Y. Baluta, F. Barbato, A. Bartz Mocellin, J.A. Bellido, C. Berat, M.E. Bertaina, M. Bianciotto, P.L. Biermann, V. Binet, K. Bismark, T. Bister, J. Biteau, J. Blazek, J. Blümer, M. Bohacova, D. Boncioli, C. Bonifazi, N. Borodai, J. Brack, P.G. Brichetto Orchera, F.L. Briechle, A. Bueno, S. Buitink, M. Büsken, A. Bwembya, K.S. Caballero-Mora, S. Cabana-Freire, L. Caccianiga, F. Campuzano, J. Caraça-Valente, R. Caruso, A. Castellina, F. Catalani, G. Cataldi, L. Cazon, M. Cerda, B. Čermáková*, A. Cermenati, J.A. Chinellato, J. Chudoba, L. Chytka, R.W. Clay, A. Cobos Cerutti, R. Colalillo, R. Conceição, 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, E.T. de Boone, B. de Errico, J. de Jesús, S.J. de Jong, J. de Mello Neto, I. De Mitri, 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, C. Dobrigkeit, J.C. D'Olivo, L.M. Domingues Mendes, Q. Dorosti, J. dos Anjos, R.C. dos Anjos, J. Ebr, F.H. Ellwanger, R. Engel, I. Epicoco, M. Erdmann, A. Etchegoyen, C. Evoli, H. Falcke, G.R. Farrar, A. Fauth, T. Fehler, F. Feldbusch, A. Fernandes, M. Fernandez Alonso, B. Fick, J.M. Figueira, P. Filip, A. Filipcic, T. Fitoussi, B. Flaggs, T. Fodran, A. Franco, M. Freitas, T. Fujii, A. Fuster, C. Galea, B. Garcia, C. Gaudu, P.L. Ghia, U. Giaccari, F. Gobbi, F. Gollan, G. Golup, M. Gómez Berisso, P.F. Gómez Vitale, J.P. Gongora, J.M. Gonzalez, N.M. Gonzalez, D. Gora, A. Gorgi, M. Gottowik, F. Guarino, G. Guedes, L. Gülzow, S. Hahn, P. Hamal, M.R. Hampel, P.M. Hansen, V.M. Harvey, A. Haungs, T. Hebbeker, C. Hojvat, J. Hörandel, P. Horvath, M. Hrabovsky, T. Huege, A. Insolia, P.G. Isar, M. Ismaiel, P. Janecek, V. Jilek, K.H. Kampert, B. Keilhauer, A. Khakurdikar, V.V. Kizakke Covilakam, H. Klages, M. Kleifges, J. Köhler, F. Krieger, M. Kubatova, N. Kunka, B.L. Lago, N. Langner, N. Leal, M.A. Leigui de Oliveira, Y. Lema-Capeans, A. Letessier-Selvon, I. Lhenry-Yvon, L. Lopes, J.P. Lundquist, M. Mallamaci, D. Mandat, P. Mantsch, F.M. Mariani, A. Mariazzi, I.C. Maris, G. Marsella, D. Martello, S. Martinelli, M.A. Martins, 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, M. Mogarkar, S. Mollerach, F. Montanet, L. Morejon, K. Mulrey, R. Mussa, W.M. Namasaka, S. Negi, L. Nellen, K. Nguyen, G. Nicora, M. Niechciol, D. Nitz, D. Nosek, A. Novikov, V. Novotný, L. Nozka, A. Nucita, L.A. Nunez, J. Ochoa, C. Oliveira, L. Östman, M. Palatka, J. Pallotta, S. Panja, G. Parente, T. Paulsen, J. Pawlowsky, M. Pech, J. Pękala, R. Pelayo, V. Pelgrims, E.E. Pereira Martins, C. Pérez Bertolli, L. Perrone, S. Petrera, C. Petrucci, T. Pierog, M. Pimenta, M. Platino, B. Pont, M. Pourmohammad Shahvar, P. Privitera, C. Priyadarshi, M. Prouza, K. Pytel, S. Querchfeld, J. Rautenberg, D. Ravignani, J.V. Reginatto Akim, A. Reuzki, J. Ridky, F. Riehn, M. Risse, V. Rizi, E. Rodriguez, G. Rodriguez Fernandez, J.R. Rodriguez Rojo, S. Rossoni, M. Roth, E. Roulet, A. Rovero, A. Saftoiu, M. Saharan, F. Salamida, H.I. Salazar, G. Salina, P. Sampathkumar, N. San Martin, J. Sanabria Gomez, F.A. Sánchez, E. Santos, F. Sarazin, R. Sarmento, R. Sato, P. Savina, V. Scherini, H. Schieler, M. Schimassek, M. Schimp, D. Schmidt, O. Scholten, H. Schoorlemmer, P. Schovanek, F.G. Schröder, J. Schulte, T. Schulz, S.J. Sciutto, M. Scornavacche, A. Sedoski, S. Sehgal, S.U. Shivashankara, G. Sigl, K. Simkova, F. Simon, R. Smida, P. Sommers, R. Squartini, M. Stadelmaier, S. Stanič, J. Stasielak, P. Stassi, S. Strähnz, M. Straub, T. Suomijarvi, A.D. Supanitsky, Z. Svozilikova, K. Syrokvas, Z. Szadkowski, F. Tairli, M. Tambone, A. Tapia, C. Taricco, C. Timmermans, O. Tkachenko, P. Tobiska, C.J. Todero Peixoto, B. Tomé, A. Travaini, P. Travnicek, M.J. Tueros, M. Unger, R. Uzeiroska, L. Vaclavek, M. Vacula, I. Vaiman, J.F. Valdés Galicia, L. Valore, P. van Dillen, E. Varela, V. Vašíčková, A. Vásquez-Ramírez, D. Veberic, I.D. Vergara Quispe, S. Verpoest, V. Verzi, J. Vicha, S. Vorobiov, J.B. Vuta, C.K.O. Watanabe, A. Watson, A. Weindl, M. Weitz, L. Wiencke, H. Wilczyński, B. Wundheiler, B. Yue, A. Yushkov, E. Zas, D. Zavrtanik and M. Zavrtaniket al. (click to show)
*: corresponding author
Full text: Not available
Abstract
Located in Argentina, the Pierre Auger Observatory is the largest cosmic-ray observatory on Earth. The Observatory is a hybrid detector employing different detection principles to observe multiple components of air showers. The core part of the detector is the Surface Detector (SD), which comprises $1600$ water-Cherenkov detectors with $1.5\,\mathrm{km}$ spacing in an area of $3000\,\mathrm{km}^2$. The highly sensitive Fluorescence Detector (FD) overlooks the area above the SD. Since the FD can only operate on nights with good atmospheric conditions and low moon fraction, its duty cycle is limited to approximately 15%. The indirect nature of measurements of the Pierre Auger Observatory poses several challenges. For example, estimating the mass of a primary cosmic ray. The atmospheric depth of the shower maximum $X_\mathrm{max}$ is a mass-sensitive observable. The FD measures the $X_\mathrm{max}$ directly, but the statistic is limited by the duty cycle. On the contrary, the SD of the Pierre Auger Observatory, operating almost at 100% duty cycle, allows for a significant increase in the data. In this contribution, we present the $X_\mathrm{max}$ reconstruction based on deep neural networks that extends the energy range and statistics. We probe the energy evolution of the mean and standard deviation of the reconstructed $X_\mathrm{max}$, which reflects the changes in the mass composition. The features found in the average $X_\mathrm{max}$ rate suggest a heavier and purer mass composition with increasing energy.
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.