Extraction of the muon signals recorded with the surface detector of the Pierre Auger Observatory using recurrent neural networks

Aab, A.; Abreu, P.; Aglietta, M.; Albury, J.M.; Allekotte, I.; Almela, A.; Alvarez-Muñiz, J.; Alves Batista, R.; Anastasi, G.A.; Anchordoqui, L.; Andrada, B.; Andringa, S.; Aramo, C.; Araújo Ferreira, P.R.; Arteaga Velázquez, J.C.; Asorey, H.; Assis, P.; Avila, G.; Badescu, A.M.; Bakalova, A.; Balaceanu, A.; Barbato, F.; Barreira Luz, R.J.; Becker, K.H.; Bellido, J.A.; Berat, C.; Bertaina, M.E.; Bertou, X.; Biermann, P.L.; Bister, T.; Biteau, J.; Blazek, J.; Bleve, C.; Boháčová, M.; Boncioli, D.; Bonifazi, C.; Bonneau Arbeletche, L.; Borodai, N.; Botti, A.M.; Brack, J.; Bretz, T.; Brichetto Orchera, P.G.; Briechle, F.L.; Buchholz, P.; Bueno, A.; Buitink, S.; Buscemi, M.; Caballero-Mora, K.S.; Caccianiga, L.; Canfora, F.; Caracas, I.; Carceller, J.M.; Caruso, R.; Castellina, A.; Catalani, F.; Cataldi, G.; Cazon, L.; Cerda, M.; Chinellato, J.A.; Choi, K.; Chudoba, J.; Chytka, L.; Clay, R.W.; Cobos Cerutti, A.C.; Colalillo, R.; Coleman, A.; Coluccia, M.R.; Conceição, R.; Condorelli, A.; Consolati, G.; Contreras, F.; Convenga, F.; Correia dos Santos, D.; Covault, C.E.; Dasso, S.; Daumiller, K.; Dawson, B.R.; Day, J.A.; de Almeida, R.M.; de Jesús, J.; de Jong, S.J.; De Mauro, G.; 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 Río, M.; Deligny, O.; Di Matteo, A.; Dobrigkeit, C.; D'Olivo, J.C.; dos Anjos, R.C.; Dova, M.T.; Ebr, J.; Engel, R.; Epicoco, I.; Erdmann, M.; Escobar, C.O.; Etchegoyen, A.; Falcke, H.; Farmer, J.; Farrar, G.; Fauth, A.C.; Fazzini, N.; Feldbusch, F.; Fenu, F.; Fick, B.; Figueira, J.M.; Filipčič, A.; Fodran, T.; Freire, M.M.; Fujii, T.; Fuster, A.; Galea, C.; Galelli, C.; García, B.; Garcia Vegas, A.L.; Gemmeke, H.; Gesualdi, F.; Gherghel-Lascu, A.; Ghia, P.L.; Giaccari, U.; Giammarchi, M.; Giller, M.; Glombitza, J.; Gobbi, F.; Gollan, F.; Golup, G.; Gómez Berisso, M.; Gómez Vitale, P.F.; Gongora, J.P.; González, J.M.; González, N.; Goos, I.; Góra, D.; Gorgi, A.; Gottowik, M.; Grubb, T.D.; Guarino, F.; Guedes, G.P.; Guido, E.; Hahn, S.; Hamal, P.; Hampel, M.R.; Hansen, P.; Harari, D.; Harvey, V.M.; Haungs, A.; Hebbeker, T.; Heck, D.; Hill, G.C.; Hojvat, C.; Hörandel, J.R.; Horvath, P.; Hrabovský, M.; Huege, T.; Hulsman, J.; Insolia, A.; Isar, P.G.; Janecek, P.; Johnsen, J.A.; Jurysek, J.; Kääpä, A.; Kampert, K.H.; Keilhauer, B.; Kemp, J.; Klages, H.O.; Kleifges, M.; Kleinfeller, J.; Köpke, M.; Kunka, N.; Lago, B.L.; Lang, R.G.; Langner, N.; Leigui de Oliveira, M.A.; Lenok, V.; Letessier-Selvon, A.; Lhenry-Yvon, I.; Lo Presti, D.; Lopes, L.; López, R.; Lu, L.; Luce, Q.; Lucero, A.; Lundquist, J.P.; Machado Payeras, A.; Mancarella, G.; Mandat, D.; Manning, B.C.; Manshanden, J.; Mantsch, P.; Marafico, S.; Mariazzi, A.G.; Mariş, I.C.; Marsella, G.; Martello, D.; Martinez, H.; Martínez Bravo, O.; Mastrodicasa, M.; Mathes, H.J.; Matthews, J.; Matthiae, G.; Mayotte, E.; Mazur, P.O.; Medina-Tanco, G.; Melo, D.; Menshikov, A.; Merenda, K.-.; Michal, S.; Micheletti, M.I.; Miramonti, L.; Mollerach, S.; Montanet, F.; Morello, C.; Mostafá, M.; Müller, A.L.; Muller, M.A.; Mulrey, K.; Mussa, R.; Muzio, M.; Namasaka, W.M.; Nasr-Esfahani, A.; Nellen, L.; Niculescu-Oglinzanu, M.; Niechciol, M.; Nitz, D.; Nosek, D.; Novotny, V.; Nožka, L.; Nucita, A.; Núñez, L.A.; Palatka, M.; Pallotta, J.; Papenbreer, P.; Parente, G.; Parra, A.; Pech, M.; Pedreira, F.; Pȩkala, J.; Pelayo, R.; Peña-Rodriguez, J.; Pereira Martins, E.E.; Perez Armand, J.; Pérez Bertolli, C.; Perlin, M.; Perrone, L.; Petrera, S.; Pierog, T.; Pimenta, M.; Pirronello, V.; Platino, M.; Pont, B.; Pothast, M.; Privitera, P.; Prouza, M.; Puyleart, A.; Querchfeld, S.; Rautenberg, J.; Ravignani, D.; Reininghaus, M.; Ridky, J.; Riehn, F.; Risse, M.; Rizi, V.; Rodrigues de Carvalho, W.; Rodriguez Rojo, J.; Roncoroni, M.J.; Roth, M.; Roulet, E.; Rovero, A.C.; Ruehl, P.; Saffi, S.J.; Saftoiu, A.; Salamida, F.; Salazar, H.; Salina, G.; Sanabria Gomez, J.D.; Sánchez, F.; Santos, E.M.; Santos, E.; Sarazin, F.; Sarmento, R.; Sarmiento-Cano, C.; Sato, R.; Savina, P.; Schäfer, C.M.; Scherini, V.; Schieler, H.; Schimassek, M.; Schimp, M.; Schlüter, F.; Schmidt, D.; Scholten, O.; Schovánek, P.; Schröder, F.G.; Schröder, S.; Schulte, J.; Sciutto, S.J.; Scornavacche, M.; Segreto, A.; Sehgal, S.; Shellard, R.C.; Sigl, G.; Silli, G.; Sima, O.; Šmída, R.; Sommers, P.; Soriano, J.F.; Souchard, J.; Squartini, R.; Stadelmaier, M.; Stanca, D.; Stanič, S.; Stasielak, J.; Stassi, P.; Streich, A.; Suárez-Durán, M.; Sudholz, T.; Suomijärvi, T.; Supanitsky, A.D.; Šupík, J.; Szadkowski, Z.; Taboada, A.; Tapia, A.; Taricco, C.; Timmermans, C.; Tkachenko, O.; Tobiska, P.; Todero Peixoto, C.J.; Tomé, B.; Travaini, A.; Travnicek, P.; Trimarelli, C.; Trini, M.; Tueros, M.; Ulrich, R.; Unger, M.; Vaclavek, L.; Vacula, M.; Valdés Galicia, J.F.; Valore, L.; Varela, E.; Varma K. C., V.; Vásquez-Ramírez, A.; Veberič, D.; Ventura, C.; Vergara Quispe, I.D.; Verzi, V.; Vicha, J.; Vink, J.; Vorobiov, S.; Wahlberg, H.; Watanabe, C.; Watson, A.A.; Weber, M.; Weindl, A.; Wiencke, L.; Wilczyński, H.; Winchen, T.; Wirtz, M.; Wittkowski, D.; Wundheiler, B.; Yushkov, A.; Zapparrata, O.; Zas, E.; Zavrtanik, D.; Zavrtanik, M.; Zehrer, L.; Zepeda, A.

doi:10.1088/1748-0221/16/07/p07016

The Pierre Auger Observatory, at present the largest cosmic-ray observatory ever built, is instrumented with a ground array of 1600 water-Cherenkov detectors, known as the Surface Detector (SD). The SD samples the secondary particle content (mostly photons, electrons, positrons and muons) of extensive air showers initiated by cosmic rays with energies ranging from 10(17) eV up to more than 10(20) eV. Measuring the independent contribution of the muon component to the total registered signal is crucial to enhance the capability of the Observatory to estimate the mass of the cosmic rays on an event-by-event basis. However, with the current design of the SD, it is difficult to straightforwardly separate the contributions of muons to the SD time traces from those of photons, electrons and positrons. In this paper, we present a method aimed at extracting the muon component of the time traces registered with each individual detector of the SD using Recurrent Neural Networks. We derive the performances of the method by training the neural network on simulations, in which the muon and the electromagnetic components of the traces are known. We conclude this work showing the performance of this method on experimental data of the Pierre Auger Observatory. We find that our predictions agree with the parameterizations obtained by the AGASA collaboration to describe the lateral distributions of the electromagnetic and muonic components of extensive air showers. (The Pierre Auger Collaboration)

Extraction of the muon signals recorded with the surface detector of the Pierre Auger Observatory using recurrent neural networks / A. Aab, P. Abreu, M. Aglietta, J.M. Albury, I. Allekotte, A. Almela, J. Alvarez-Muñiz, R. Alves Batista, G.A. Anastasi, L. Anchordoqui, B. Andrada, S. Andringa, C. Aramo, P.R. Araújo Ferreira, J.C. Arteaga Velázquez, H. 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, T. Bister, J. Biteau, J. Blazek, C. Bleve, M. Boháčová, 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, 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, K. Choi, J. Chudoba, L. Chytka, R.W. Clay, A.C. Cobos Cerutti, R. Colalillo, A. Coleman, M.R. Coluccia, R. Conceição, A. Condorelli, G. Consolati, F. Contreras, F. Convenga, D. Correia dos Santos, C.E. 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.R.T. 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, A. Di Matteo, C. Dobrigkeit, J.C. D'Olivo, R.C. dos Anjos, M.T. Dova, J. Ebr, R. Engel, I. Epicoco, M. Erdmann, C.O. Escobar, A. Etchegoyen, H. Falcke, J. Farmer, G. Farrar, A.C. Fauth, N. Fazzini, F. Feldbusch, F. Fenu, B. Fick, J.M. Figueira, A. Filipčič, T. Fodran, M.M. Freire, T. Fujii, A. Fuster, C. Galea, C. Galelli, B. García, A.L. Garcia Vegas, H. Gemmeke, F. Gesualdi, A. Gherghel-Lascu, P.L. Ghia, U. Giaccari, M. Giammarchi, M. Giller, 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, S. Hahn, P. Hamal, M.R. Hampel, P. Hansen, D. Harari, V.M. Harvey, A. Haungs, T. Hebbeker, D. Heck, G.C. Hill, C. Hojvat, J.R. Hörandel, P. Horvath, M. Hrabovský, T. Huege, J. Hulsman, A. Insolia, P.G. Isar, P. Janecek, J.A. Johnsen, J. Jurysek, A. Kääpä, K.H. Kampert, B. Keilhauer, J. Kemp, H.O. 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, A. Lucero, J.P. Lundquist, A. Machado Payeras, G. Mancarella, D. Mandat, B.C. Manning, J. Manshanden, P. Mantsch, S. Marafico, A.G. Mariazzi, I.C. Mariş, G. Marsella, D. Martello, H. Martinez, O. Martínez Bravo, M. Mastrodicasa, H.J. Mathes, J. Matthews, G. Matthiae, E. Mayotte, P.O. Mazur, G. Medina-Tanco, D. Melo, A. Menshikov, K.-. Merenda, S. Michal, M.I. Micheletti, L. Miramonti, S. Mollerach, F. Montanet, C. Morello, M. Mostafá, A.L. Müller, M.A. Muller, K. Mulrey, R. Mussa, M. Muzio, W.M. Namasaka, A. Nasr-Esfahani, L. Nellen, M. Niculescu-Oglinzanu, M. Niechciol, D. Nitz, D. Nosek, V. Novotny, L. Nožka, A. Nucita, L.A. Núñez, M. Palatka, J. Pallotta, P. Papenbreer, G. Parente, A. Parra, M. Pech, F. Pedreira, J. Pȩkala, R. Pelayo, J. Peña-Rodriguez, 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. Rodriguez Rojo, M.J. Roncoroni, M. Roth, E. Roulet, A.C. Rovero, P. Ruehl, S.J. Saffi, A. Saftoiu, F. Salamida, H. Salazar, G. Salina, J.D. Sanabria Gomez, F. 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. Schovánek, F.G. Schröder, S. Schröder, J. Schulte, S.J. Sciutto, M. Scornavacche, A. Segreto, S. Sehgal, R.C. Shellard, G. Sigl, G. Silli, O. Sima, R. Šmída, 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. Suomijärvi, A.D. Supanitsky, J. Šupík, Z. Szadkowski, A. Taboada, A. Tapia, C. Taricco, C. Timmermans, O. Tkachenko, P. Tobiska, C.J. Todero Peixoto, B. Tomé, A. Travaini, P. Travnicek, C. Trimarelli, M. Trini, M. Tueros, R. Ulrich, M. Unger, L. Vaclavek, M. Vacula, J.F. Valdés Galicia, L. Valore, E. Varela, V. Varma K. C., A. Vásquez-Ramírez, D. Veberič, C. Ventura, I.D. Vergara Quispe, V. Verzi, J. Vicha, J. Vink, S. Vorobiov, H. Wahlberg, C. Watanabe, A.A. Watson, M. Weber, A. Weindl, L. Wiencke, H. Wilczyński, T. Winchen, M. Wirtz, D. Wittkowski, B. Wundheiler, A. Yushkov, O. Zapparrata, E. Zas, D. Zavrtanik, M. Zavrtanik, L. Zehrer, A. Zepeda. - In: JOURNAL OF INSTRUMENTATION. - ISSN 1748-0221. - 16:7(2021 Jul 12), pp. P07016.1-P07016.23. [10.1088/1748-0221/16/07/p07016]

Extraction of the muon signals recorded with the surface detector of the Pierre Auger Observatory using recurrent neural networks

Aab, A.;Abreu, P.;Aglietta, M.;Albury, J. M.;Allekotte, I.;Almela, A.;Alvarez-Muñiz, J.;Alves Batista, R.;Anastasi, G. A.;Anchordoqui, L.;Andrada, B.;Andringa, S.;Aramo, C.;Araújo Ferreira, P. R.;Arteaga Velázquez, J. C.;Asorey, H.;Assis, P.;Avila, G.;Badescu, A. M.;Bakalova, A.;Balaceanu, A.;Barbato, F.;Barreira Luz, R. J.;Becker, K. H.;Bellido, J. A.;Berat, C.;Bertaina, M. E.;Bertou, X.;Biermann, P. L.;Bister, T.;Biteau, J.;Blazek, J.;Bleve, C.;Boháčová, M.;Boncioli, D.;Bonifazi, C.;Bonneau Arbeletche, L.;Borodai, N.;Botti, A. M.;Brack, J.;Bretz, T.;Brichetto Orchera, P. G.;Briechle, F. L.;Buchholz, P.;Bueno, A.;Buitink, S.;Buscemi, M.;Caballero-Mora, K. S.;L. Caccianiga;Canfora, F.;Caracas, I.;Carceller, J. M.;Caruso, R.;Castellina, A.;Catalani, F.;Cataldi, G.;Cazon, L.;Cerda, M.;Chinellato, J. A.;Choi, K.;Chudoba, J.;Chytka, L.;Clay, R. W.;Cobos Cerutti, A. C.;Colalillo, R.;Coleman, A.;Coluccia, M. R.;Conceição, R.;Condorelli, A.;Consolati, G.;Contreras, F.;Convenga, F.;Correia dos Santos, D.;Covault, C. E.;Dasso, S.;Daumiller, K.;Dawson, B. R.;Day, J. A.;de Almeida, R. M.;de Jesús, J.;de Jong, S. J.;De Mauro, G.;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 Río, M.;Deligny, O.;Di Matteo, A.;Dobrigkeit, C.;D'Olivo, J. C.;dos Anjos, R. C.;Dova, M. T.;Ebr, J.;Engel, R.;Epicoco, I.;Erdmann, M.;Escobar, C. O.;Etchegoyen, A.;Falcke, H.;Farmer, J.;Farrar, G.;Fauth, A. C.;Fazzini, N.;Feldbusch, F.;Fenu, F.;Fick, B.;Figueira, J. M.;Filipčič, A.;Fodran, T.;Freire, M. M.;Fujii, T.;Fuster, A.;Galea, C.;C. Galelli;García, B.;Garcia Vegas, A. L.;Gemmeke, H.;Gesualdi, F.;Gherghel-Lascu, A.;Ghia, P. L.;Giaccari, U.;Giammarchi, M.;Giller, M.;Glombitza, J.;Gobbi, F.;Gollan, F.;Golup, G.;Gómez Berisso, M.;Gómez Vitale, P. F.;Gongora, J. P.;González, J. M.;González, N.;Goos, I.;Góra, D.;Gorgi, A.;Gottowik, M.;Grubb, T. D.;Guarino, F.;Guedes, G. P.;Guido, E.;Hahn, S.;Hamal, P.;Hampel, M. R.;Hansen, P.;Harari, D.;Harvey, V. M.;Haungs, A.;Hebbeker, T.;Heck, D.;Hill, G. C.;Hojvat, C.;Hörandel, J. R.;Horvath, P.;Hrabovský, M.;Huege, T.;Hulsman, J.;Insolia, A.;Isar, P. G.;Janecek, P.;Johnsen, J. A.;Jurysek, J.;Kääpä, A.;Kampert, K. H.;Keilhauer, B.;Kemp, J.;Klages, H. O.;Kleifges, M.;Kleinfeller, J.;Köpke, M.;Kunka, N.;Lago, B. L.;Lang, R. G.;Langner, N.;Leigui de Oliveira, M. A.;Lenok, V.;Letessier-Selvon, A.;Lhenry-Yvon, I.;Lo Presti, D.;Lopes, L.;López, R.;Lu, L.;Luce, Q.;Lucero, A.;Lundquist, J. P.;Machado Payeras, A.;Mancarella, G.;Mandat, D.;Manning, B. C.;Manshanden, J.;Mantsch, P.;Marafico, S.;Mariazzi, A. G.;Mariş, I. C.;Marsella, G.;Martello, D.;Martinez, H.;Martínez Bravo, O.;Mastrodicasa, M.;Mathes, H. J.;Matthews, J.;Matthiae, G.;Mayotte, E.;Mazur, P. O.;Medina-Tanco, G.;Melo, D.;Menshikov, A.;Merenda, K. -D.;Michal, S.;Micheletti, M. I.;L. Miramonti;Mollerach, S.;Montanet, F.;Morello, C.;Mostafá, M.;Müller, A. L.;Muller, M. A.;Mulrey, K.;Mussa, R.;Muzio, M.;Namasaka, W. M.;Nasr-Esfahani, A.;Nellen, L.;Niculescu-Oglinzanu, M.;Niechciol, M.;Nitz, D.;Nosek, D.;Novotny, V.;Nožka, L.;Nucita, A.;Núñez, L. A.;Palatka, M.;Pallotta, J.;Papenbreer, P.;Parente, G.;Parra, A.;Pech, M.;Pedreira, F.;Pȩkala, J.;Pelayo, R.;Peña-Rodriguez, J.;Pereira Martins, E. E.;Perez Armand, J.;Pérez Bertolli, C.;Perlin, M.;Perrone, L.;Petrera, S.;Pierog, T.;Pimenta, M.;Pirronello, V.;Platino, M.;Pont, B.;Pothast, M.;Privitera, P.;Prouza, M.;Puyleart, A.;Querchfeld, S.;Rautenberg, J.;Ravignani, D.;Reininghaus, M.;Ridky, J.;Riehn, F.;Risse, M.;Rizi, V.;Rodrigues de Carvalho, W.;Rodriguez Rojo, J.;Roncoroni, M. J.;Roth, M.;Roulet, E.;Rovero, A. C.;Ruehl, P.;Saffi, S. J.;Saftoiu, A.;Salamida, F.;Salazar, H.;Salina, G.;Sanabria Gomez, J. D.;Sánchez, F.;Santos, E. M.;Santos, E.;Sarazin, F.;Sarmento, R.;Sarmiento-Cano, C.;Sato, R.;Savina, P.;Schäfer, C. M.;V. Scherini;Schieler, H.;Schimassek, M.;Schimp, M.;Schlüter, F.;Schmidt, D.;Scholten, O.;Schovánek, P.;Schröder, F. G.;Schröder, S.;Schulte, J.;Sciutto, S. J.;Scornavacche, M.;Segreto, A.;Sehgal, S.;Shellard, R. C.;Sigl, G.;Silli, G.;Sima, O.;Šmída, R.;Sommers, P.;Soriano, J. F.;Souchard, J.;Squartini, R.;Stadelmaier, M.;Stanca, D.;Stanič, S.;Stasielak, J.;Stassi, P.;Streich, A.;Suárez-Durán, M.;Sudholz, T.;Suomijärvi, T.;Supanitsky, A. D.;Šupík, J.;Szadkowski, Z.;Taboada, A.;Tapia, A.;Taricco, C.;Timmermans, C.;Tkachenko, O.;Tobiska, P.;Todero Peixoto, C. J.;Tomé, B.;Travaini, A.;Travnicek, P.;Trimarelli, C.;Trini, M.;Tueros, M.;Ulrich, R.;Unger, M.;Vaclavek, L.;Vacula, M.;Valdés Galicia, J. F.;Valore, L.;Varela, E.;Varma K. C. , V.;Vásquez-Ramírez, A.;Veberič, D.;Ventura, C.;Vergara Quispe, I. D.;Verzi, V.;Vicha, J.;Vink, J.;Vorobiov, S.;Wahlberg, H.;Watanabe, C.;Watson, A. A.;Weber, M.;Weindl, A.;Wiencke, L.;Wilczyński, H.;Winchen, T.;Wirtz, M.;Wittkowski, D.;Wundheiler, B.;Yushkov, A.;Zapparrata, O.;Zas, E.;Zavrtanik, D.;Zavrtanik, M.;Zehrer, L.;Zepeda, A.

2021

Abstract

The Pierre Auger Observatory, at present the largest cosmic-ray observatory ever built, is instrumented with a ground array of 1600 water-Cherenkov detectors, known as the Surface Detector (SD). The SD samples the secondary particle content (mostly photons, electrons, positrons and muons) of extensive air showers initiated by cosmic rays with energies ranging from 10(17) eV up to more than 10(20) eV. Measuring the independent contribution of the muon component to the total registered signal is crucial to enhance the capability of the Observatory to estimate the mass of the cosmic rays on an event-by-event basis. However, with the current design of the SD, it is difficult to straightforwardly separate the contributions of muons to the SD time traces from those of photons, electrons and positrons. In this paper, we present a method aimed at extracting the muon component of the time traces registered with each individual detector of the SD using Recurrent Neural Networks. We derive the performances of the method by training the neural network on simulations, in which the muon and the electromagnetic components of the traces are known. We conclude this work showing the performance of this method on experimental data of the Pierre Auger Observatory. We find that our predictions agree with the parameterizations obtained by the AGASA collaboration to describe the lateral distributions of the electromagnetic and muonic components of extensive air showers. (The Pierre Auger Collaboration)

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	Parole chiave
	
			Analysis and statistical methods; Cherenkov detectors; Large detector systems for particle and astroparticle physics; Pattern recognition; cluster finding; calibration and fitting methods;
		
	Settori scientifico-disciplinari dell'articolo
	
			Settore FIS/01 - Fisica Sperimentale
Settore FIS/04 - Fisica Nucleare e Subnucleare
Settore FIS/05 - Astronomia e Astrofisica
		
	Data di pubblicazione
	
			12-lug-2021
		
	Rivista in ANCE
	
			JOURNAL OF INSTRUMENTATION
		
	DOI
	
			https://dx.doi.org/10.1088/1748-0221/16/07/p07016
		
	Tipologia
	
			Article (author)
		
	Appare nelle tipologie:
	
			01 - Articolo su periodico

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