Direct measurement of the muonic content of extensive air showers between 2x 1017 and 2x 1018 eV at the Pierre Auger Observatory

Aab, A.; Abreu, P.; Aglietta, M.; Albury, J.M.; Allekotte, I.; Almela, A.; Alvarez Castillo, J.; Alvarez-Muñiz, J.; Anastasi, G.A.; Anchordoqui, L.; Andrada, B.; Andringa, S.; Aramo, C.; Araújo Ferreira, P.R.; 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.; Blanco, A.; Blazek, J.; Bleve, C.; Boháčová, M.; Boncioli, D.; Bonifazi, C.; Bonneau Arbeletche, L.; Borodai, N.; Botti, A.M.; Brack, J.; Bretz, T.; Briechle, F.L.; Buchholz, P.; Bueno, A.; Buitink, S.; Buscemi, M.; Caballero-Mora, K.S.; Caccianiga, L.; Calcagni, L.; Cancio, A.; 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.; 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 Souza, V.; Debatin, J.; del Río, M.; Deligny, O.; Dhital, N.; Di Matteo, A.; Díaz Castro, M.L.; Dobrigkeit, C.; D’Olivo, J.C.; Dorosti, Q.; 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.; 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.; Golup, G.; Gómez Berisso, M.; Gómez Vitale, P.F.; Gongora, J.P.; González, N.; Goos, I.; Góra, D.; Gorgi, A.; Gottowik, M.; Grubb, T.D.; Guarino, F.; Guedes, G.P.; Guido, E.; Hahn, S.; Halliday, R.; 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.; Johnsen, J.A.; Jurysek, J.; Kääpä, A.; Kampert, K.H.; Keilhauer, B.; Kemp, J.; Klages, H.O.; Kleifges, M.; Kleinfeller, J.; Köpke, M.; Kukec Mezek, G.; Lago, B.L.; Lahurd, D.; Lang, R.G.; Leigui de Oliveira, M.A.; Lenok, V.; Letessier-Selvon, A.; Lhenry-Yvon, I.; Lo Presti, D.; Lopes, L.; López, R.; López Casado, A.; Lorek, R.; Luce, Q.; Lucero, A.; Machado Payeras, A.; Malacari, M.; Mancarella, G.; Mandat, D.; Manning, B.C.; Manshanden, J.; Mantsch, P.; 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.; Mockler, D.; Mollerach, S.; Montanet, F.; Morello, C.; Mostafá, M.; Müller, A.L.; Muller, M.A.; Müller, S.; Mussa, R.; Muzio, M.; Namasaka, W.M.; Nellen, L.; Niculescu-Oglinzanu, M.; Niechciol, M.; Nitz, D.; Nosek, D.; Novotny, V.; Nožka, L.; Nucita, A.; Núñez, L.A.; Palatka, M.; Pallotta, J.; Panetta, M.P.; Papenbreer, P.; Parente, G.; Parra, A.; Pech, M.; Pedreira, F.; Pȩkala, J.; Pelayo, R.; Peña-Rodriguez, J.; Perez Armand, J.; Perlin, M.; Perrone, L.; Peters, C.; 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.; Ristori, P.; 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.; Scherini, V.; Schieler, H.; Schimassek, M.; Schimp, M.; Schlüter, F.; Schmidt, D.; Scholten, O.; Schovánek, P.; Schröder, F.G.; Schröder, S.; Sciutto, S.J.; Scornavacche, M.; 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.; Taborda, O.A.; Tapia, A.; Timmermans, C.; Tobiska, P.; Todero Peixoto, C.J.; Tomé, B.; Torralba Elipe, G.; Travaini, A.; Travnicek, P.; Trimarelli, C.; Trini, M.; Tueros, M.; Ulrich, R.; Unger, M.; Urban, M.; Vaclavek, L.; Valdés Galicia, J.F.; Valiño, I.; Valore, L.; van Vliet, A.; Varela, E.; Vargas Cárdenas, B.; Vásquez-Ramírez, A.; Veberič, D.; Ventura, C.; Vergara Quispe, I.D.; Verzi, V.; Vicha, J.; Villaseñor, L.; Vink, J.; Vorobiov, S.; Wahlberg, H.; 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.; Ziolkowski, M.; Zuccarello, F.

doi:10.1140/epjc/s10052-020-8055-y

The hybrid design of the Pierre Auger Observatory allows for the measurement of the properties of extensive air showers initiated by ultra-high energy cosmic rays with unprecedented precision. By using an array of prototype underground muon detectors, we have performed the first direct measurement, by the Auger Collaboration, of the muon content of air showers between 2x1017 and 2x1018 eV. We have studied the energy evolution of the attenuation-corrected muon density, and compared it to predictions from air shower simulations. The observed densities are found to be larger than those predicted by models. We quantify this discrepancy by combining the measurements from the muon detector with those from the Auger fluorescence detector at 1017.5 eV and 1018 eV. We find that, for the models to explain the data, an increase in the muon density of 38%+/- 4%(12%)+/- 18!% for EPOS-LHC, and of 50%(53%)+/- 4%(13%)+/- 20#% for QGSJetII-04, is respectively needed.

Direct measurement of the muonic content of extensive air showers between 2x 1017 and 2x 1018 eV at the Pierre Auger Observatory / A. Aab, P. Abreu, M. Aglietta, J.M. Albury, I. Allekotte, A. Almela, J. Alvarez Castillo, J. Alvarez-Muñiz, G.A. Anastasi, L. Anchordoqui, B. Andrada, S. Andringa, C. Aramo, P.R. Araújo Ferreira, 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, A. Blanco, J. Blazek, C. Bleve, M. Boháčová, D. Boncioli, C. Bonifazi, L. Bonneau Arbeletche, N. Borodai, A.M. Botti, J. Brack, T. Bretz, F.L. Briechle, P. Buchholz, A. Bueno, S. Buitink, M. Buscemi, K.S. Caballero-Mora, L. Caccianiga, L. Calcagni, A. Cancio, 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, 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, V. de Souza, J. Debatin, M. del Río, O. Deligny, N. Dhital, A. Di Matteo, M.L. Díaz Castro, C. Dobrigkeit, J.C. D’Olivo, Q. Dorosti, 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, 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, G. Golup, M. Gómez Berisso, P.F. Gómez Vitale, J.P. Gongora, N. González, I. Goos, D. Góra, A. Gorgi, M. Gottowik, T.D. Grubb, F. Guarino, G.P. Guedes, E. Guido, S. Hahn, R. Halliday, 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, J.A. Johnsen, J. Jurysek, A. Kääpä, K.H. Kampert, B. Keilhauer, J. Kemp, H.O. Klages, M. Kleifges, J. Kleinfeller, M. Köpke, G. Kukec Mezek, B.L. Lago, D. Lahurd, R.G. Lang, M.A. Leigui de Oliveira, V. Lenok, A. Letessier-Selvon, I. Lhenry-Yvon, D. Lo Presti, L. Lopes, R. López, A. López Casado, R. Lorek, Q. Luce, A. Lucero, A. Machado Payeras, M. Malacari, G. Mancarella, D. Mandat, B.C. Manning, J. Manshanden, P. Mantsch, 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, D. Mockler, S. Mollerach, F. Montanet, C. Morello, M. Mostafá, A.L. Müller, M.A. Muller, S. Müller, R. Mussa, M. Muzio, W.M. Namasaka, L. Nellen, M. Niculescu-Oglinzanu, M. Niechciol, D. Nitz, D. Nosek, V. Novotny, L. Nožka, A. Nucita, L.A. Núñez, M. Palatka, J. Pallotta, M.P. Panetta, P. Papenbreer, G. Parente, A. Parra, M. Pech, F. Pedreira, J. Pȩkala, R. Pelayo, J. Peña-Rodriguez, J. Perez Armand, M. Perlin, L. Perrone, C. Peters, 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, P. Ristori, 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. Schäfer, V. Scherini, H. Schieler, M. Schimassek, M. Schimp, F. Schlüter, D. Schmidt, O. Scholten, P. Schovánek, F.G. Schröder, S. Schröder, S.J. Sciutto, M. Scornavacche, 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, O.A. Taborda, A. Tapia, C. Timmermans, P. Tobiska, C.J. Todero Peixoto, B. Tomé, G. Torralba Elipe, A. Travaini, P. Travnicek, C. Trimarelli, M. Trini, M. Tueros, R. Ulrich, M. Unger, M. Urban, L. Vaclavek, J.F. Valdés Galicia, I. Valiño, L. Valore, A. van Vliet, E. Varela, B. Vargas Cárdenas, A. Vásquez-Ramírez, D. Veberič, C. Ventura, I.D. Vergara Quispe, V. Verzi, J. Vicha, L. Villaseñor, J. Vink, S. Vorobiov, H. Wahlberg, 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, M. Ziolkowski, F. Zuccarello. - In: THE EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL. C, PARTICLES AND FIELDS. - ISSN 1434-6044. - 80:8(2020 Aug 18), pp. 751.1-751.19. [10.1140/epjc/s10052-020-8055-y]

Direct measurement of the muonic content of extensive air showers between 2x 1017 and 2x 1018 eV at the Pierre Auger Observatory

Aab, A.;Abreu, P.;Aglietta, M.;Albury, J. M.;Allekotte, I.;Almela, A.;Alvarez Castillo, J.;Alvarez-Muñiz, J.;Anastasi, G. A.;Anchordoqui, L.;Andrada, B.;Andringa, S.;Aramo, C.;Araújo Ferreira, P. R.;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.;Blanco, A.;Blazek, J.;Bleve, C.;Boháčová, M.;Boncioli, D.;Bonifazi, C.;Bonneau Arbeletche, L.;Borodai, N.;Botti, A. M.;Brack, J.;Bretz, T.;Briechle, F. L.;Buchholz, P.;Bueno, A.;Buitink, S.;Buscemi, M.;Caballero-Mora, K. S.;L. Caccianiga;Calcagni, L.;Cancio, A.;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.;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 Souza, V.;Debatin, J.;del Río, M.;Deligny, O.;Dhital, N.;Di Matteo, A.;Díaz Castro, M. L.;Dobrigkeit, C.;D’Olivo, J. C.;Dorosti, Q.;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.;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.;M. Giammarchi;Giller, M.;Glombitza, J.;Gobbi, F.;Golup, G.;Gómez Berisso, M.;Gómez Vitale, P. F.;Gongora, J. P.;González, N.;Goos, I.;Góra, D.;Gorgi, A.;Gottowik, M.;Grubb, T. D.;Guarino, F.;Guedes, G. P.;Guido, E.;Hahn, S.;Halliday, R.;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.;Johnsen, J. A.;Jurysek, J.;Kääpä, A.;Kampert, K. H.;Keilhauer, B.;Kemp, J.;Klages, H. O.;Kleifges, M.;Kleinfeller, J.;Köpke, M.;Kukec Mezek, G.;Lago, B. L.;LaHurd, D.;Lang, R. G.;Leigui de Oliveira, M. A.;Lenok, V.;Letessier-Selvon, A.;Lhenry-Yvon, I.;Lo Presti, D.;Lopes, L.;López, R.;López Casado, A.;Lorek, R.;Luce, Q.;Lucero, A.;Machado Payeras, A.;Malacari, M.;Mancarella, G.;Mandat, D.;Manning, B. C.;Manshanden, J.;Mantsch, P.;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;Mockler, D.;Mollerach, S.;Montanet, F.;Morello, C.;Mostafá, M.;Müller, A. L.;Muller, M. A.;Müller, S.;Mussa, R.;Muzio, M.;Namasaka, W. M.;Nellen, L.;Niculescu-Oglinzanu, M.;Niechciol, M.;Nitz, D.;Nosek, D.;Novotny, V.;Nožka, L.;Nucita, A;Núñez, L. A.;Palatka, M.;Pallotta, J.;Panetta, M. P.;Papenbreer, P.;Parente, G.;Parra, A.;Pech, M.;Pedreira, F.;Pȩkala, J.;Pelayo, R.;Peña-Rodriguez, J.;Perez Armand, J.;Perlin, M.;Perrone, L.;Peters, C.;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.;Ristori, P.;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.;V. Scherini;Schieler, H.;Schimassek, M.;Schimp, M.;Schlüter, F.;Schmidt, D.;Scholten, O.;Schovánek, P.;Schröder, F. G.;Schröder, S.;Sciutto, S. J.;Scornavacche, M.;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.;Taborda, O. A.;Tapia, A.;Timmermans, C.;Tobiska, P.;Todero Peixoto, C. J.;Tomé, B.;Torralba Elipe, G.;Travaini, A.;Travnicek, P.;Trimarelli, C.;Trini, M.;Tueros, M.;Ulrich, R.;Unger, M.;Urban, M.;Vaclavek, L.;Valdés Galicia, J. F.;Valiño, I.;Valore, L.;van Vliet, A.;Varela, E.;Vargas Cárdenas, B.;Vásquez-Ramírez, A.;Veberič, D.;Ventura, C.;Vergara Quispe, I. D.;Verzi, V.;Vicha, J.;Villaseñor, L.;Vink, J.;Vorobiov, S.;Wahlberg, H.;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.;Ziolkowski, M.;Zuccarello, F.

2020

Abstract

The hybrid design of the Pierre Auger Observatory allows for the measurement of the properties of extensive air showers initiated by ultra-high energy cosmic rays with unprecedented precision. By using an array of prototype underground muon detectors, we have performed the first direct measurement, by the Auger Collaboration, of the muon content of air showers between 2x1017 and 2x1018 eV. We have studied the energy evolution of the attenuation-corrected muon density, and compared it to predictions from air shower simulations. The observed densities are found to be larger than those predicted by models. We quantify this discrepancy by combining the measurements from the muon detector with those from the Auger fluorescence detector at 1017.5 eV and 1018 eV. We find that, for the models to explain the data, an increase in the muon density of 38%+/- 4%(12%)+/- 18!% for EPOS-LHC, and of 50%(53%)+/- 4%(13%)+/- 20#% for QGSJetII-04, is respectively needed.

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	Settori scientifico-disciplinari dell'articolo (sola visualizzazione)
	
				Settore FIS/01 - Fisica Sperimentale
Settore FIS/04 - Fisica Nucleare e Subnucleare
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	Settori scientifico-disciplinari dell'articolo (validi dal 09/05/2024)
	
				Settore PHYS-01/A - Fisica sperimentale delle interazioni fondamentali e applicazioni
Settore PHYS-05/A - Astrofisica, cosmologia e scienza dello spazio
			
	Data di pubblicazione
	
				18-ago-2020
			
	Rivista in ANCE
	
				THE EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL. C, PARTICLES AND FIELDS
			
	DOI
	
				https://dx.doi.org/10.1140/epjc/s10052-020-8055-y
			
	Tipologia
	
				Article (author)
			
	Appare nelle tipologie:
	
				01 - Articolo su periodico

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