Testing Hadronic Interactions at Ultrahigh Energies with Air Showers Measured by the Pierre Auger Observatory

Aab, A.; Abreu, P.; Aglietta, M.; Ahn, E. J.; Al Samarai, I.; Albuquerque, I. F. M.; Allekotte, I.; Allen, J. D.; Allison, P.; Almela, A.; Alvarez Castillo, J.; Alvarez Muñiz, J.; Ambrosio, M.; Anastasi, G. A.; Anchordoqui, L.; Andrada, B.; Andringa, S.; Aramo, C.; Arqueros, F.; Arsene, N.; Asorey, H.; Assis, P.; Aublin, J.; Avila, G.; Badescu, A. M.; Baus, C.; Beatty, J. J.; Becker, K. H.; Bellido, J. A.; Berat, C.; Bertaina, M. E.; Bertou, X.; Biermann, P. L.; Billoir, P.; Biteau, J.; Blaess, S. G.; Blanco, A.; Blazek, J.; Bleve, C.; Blümer, H.; Boháčová, M.; Boncioli, D.; Bonifazi, C.; Borodai, N.; Botti, A. M.; Brack, J.; Brancus, I.; Bretz, T.; Bridgeman, A.; Briechle, F. L.; Buchholz, P.; Bueno, A.; Buitink, S.; Buscemi, M.; Caballero Mora, K. S.; Caccianiga, B.; Caccianiga, L.; Cancio, A.; Canfora, F.; Caramete, L.; Caruso, R.; Castellina, A.; Cataldi, G.; Cazon, L.; Cester, R.; Chavez, A. G.; Chiavassa, A.; Chinellato, J. A.; Chirinos Diaz, J. C.; Chudoba, J.; Clay, R. W.; Colalillo, R.; Coleman, A.; Collica, L.; Coluccia, M. R.; Conceição, R.; Contreras, F.; Cooper, M. J.; Coutu, S.; Covault, C. E.; Cronin, J.; Dallier, R.; D'Amico, S.; Daniel, B.; Dasso, S.; Daumiller, K.; Dawson, B. R.; De Almeida, R. M.; De Jong, S. J.; De Mauro, G.; De Mello Neto, J. R. T.; De Mitri, I.; De Oliveira, J.; De Souza, V.; Debatin, J.; Del Peral, L.; Deligny, O.; Dhital, N.; Di Giulio, C.; Di Matteo, A.; Díaz Castro, M. L.; Diogo, F.; Dobrigkeit, C.; D'Olivo, J. C.; Dorofeev, A.; Dos Anjos, R. C.; Dova, M. T.; Dundovic, A.; Ebr, J.; Engel, R.; Erdmann, M.; Erfani, M.; Escobar, C. O.; Espadanal, J.; Etchegoyen, A.; Falcke, H.; Fang, K.; Farrar, G. R.; Fauth, A. C.; Fazzini, N.; Ferguson, A. P.; Fick, B.; Figueira, J. M.; Filevich, A.; Filipčič, A.; Fratu, O.; Freire, M. M.; Fujii, T.; Fuster, A.; Gallo, F.; García, B.; Garcia Pinto, D.; Gate, F.; Gemmeke, H.; Gherghel Lascu, A.; Ghia, P. L.; Giaccari, U.; Giammarchi, M.; Giller, M.; Głas, D.; Glaser, C.; Glass, H.; Golup, G.; Gómez Berisso, M.; Gómez Vitale, P. F.; González, N.; Gookin, B.; Gordon, J.; Gorgi, A.; Gorham, P.; Gouffon, P.; Griffith, N.; Grillo, A. F.; Grubb, T. D.; Guarino, F.; Guedes, G. P.; Hampel, M. R.; Hansen, P.; Harari, D.; Harrison, T. A.; Harton, J. L.; Hasankiadeh, Q.; Haungs, A.; Hebbeker, T.; Heck, D.; Heimann, P.; Herve, A. E.; Hill, G. C.; Hojvat, C.; Hollon, N.; Holt, E.; Homola, P.; Hörandel, J. R.; Horvath, P.; Hrabovský, M.; Huege, T.; Hulsman, J.; Insolia, A.; Isar, P. G.; Jandt, I.; Jansen, S.; Jarne, C.; Johnsen, J. A.; Josebachuili, M.; Kääpä, A.; Kambeitz, O.; Kampert, K. H.; Kasper, P.; Katkov, I.; Keilhauer, B.; Kemp, E.; Kieckhafer, R. M.; Klages, H. O.; Kleifges, M.; Kleinfeller, J.; Krause, R.; Krohm, N.; Kuempel, D.; Kukec Mezek, G.; Kunka, N.; Kuotb Awad, A.; Lahurd, D.; Latronico, L.; Lauscher, M.; Lautridou, P.; Lebrun, P.; Legumina, R.; Leigui De Oliveira, M. A.; Letessier Selvon, A.; Lhenry Yvon, I.; Link, K.; Lopes, L.; López, R.; López Casado, A.; Lucero, A.; Malacari, M.; Mallamaci, M.; Mandat, D.; Mantsch, P.; Mariazzi, A. G.; Marin, V.; Mariş, I. C.; Marsella, G.; Martello, D.; Martinez, H.; Martínez Bravo, O.; Masías Meza, J. J.; Mathes, H. J.; Mathys, S.; Matthews, J.; Matthews, J. A. J.; Matthiae, G.; Maurizio, D.; Mayotte, E.; Mazur, P. O.; Medina, C.; Medina Tanco, G.; Mello, V. B. B.; Melo, D.; Menshikov, A.; Messina, S.; Micheletti, M. I.; Middendorf, L.; Minaya, I. A.; Miramonti, L.; Mitrica, B.; Molina Bueno, L.; Mollerach, S.; Montanet, F.; Morello, C.; Mostafá, M.; Moura, C. A.; Müller, G.; Muller, M. A.; Müller, S.; Naranjo, I.; Navas, S.; Necesal, P.; Nellen, L.; Nelles, A.; Neuser, J.; Nguyen, P. H.; Niculescu Oglinzanu, M.; Niechciol, M.; Niemietz, L.; Niggemann, T.; Nitz, D.; Nosek, D.; Novotny, V.; Nožka, H.; Núñez, L. A.; Ochilo, L.; Oikonomou, F.; Olinto, A.; Pakk Selmi Dei, D.; Palatka, M.; Pallotta, J.; Papenbreer, P.; Parente, G.; Parra, A.; Paul, T.; Pech, M.; Pedreira, F.; Pȩkala, J.; Pelayo, R.; Peña Rodriguez, J.; Pepe, I. M.; Pereira, L. A. S.; Perrone, L.; Petermann, E.; Peters, C.; Petrera, Sergio; Phuntsok, J.; Piegaia, R.; Pierog, T.; Pieroni, P.; Pimenta, M.; Pirronello, V.; Platino, M.; Plum, M.; Porowski, C.; Prado, R. R.; Privitera, P.; Prouza, M.; Quel, E. J.; Querchfeld, S.; Quinn, S.; Rautenberg, J.; Ravel, O.; Ravignani, D.; Revenu, B.; Ridky, J.; Risse, M.; Ristori, P.; Rizi, Vincenzo; Rodrigues De Carvalho, W.; Rodriguez Rojo, J.; Rodríguez Frías, M. D.; Rogozin, D.; Rosado, J.; Roth, M.; Roulet, E.; Rovero, A. C.; Saffi, S. J.; Saftoiu, A.; Salazar, H.; Saleh, A.; Salesa Greus, F.; Salina, G.; Sanabria Gomez, J. D.; Sánchez, F.; Sanchez Lucas, P.; Santos, E. M.; Santos, E.; Sarazin, F.; Sarkar, B.; Sarmento, R.; Sarmiento Cano, C.; Sato, R.; Scarso, C.; Schauer, M.; Scherini, V.; Schieler, H.; Schmidt, D.; Scholten, O.; Schoorlemmer, H.; Schovánek, P.; Schröder, F. G.; Schulz, A.; Schulz, J.; Schumacher, J.; Sciutto, S. J.; Segreto, A.; Settimo, M.; Shadkam, A.; Shellard, R. C.; Sigl, G.; Sima, O.; Śmiałkowski, A.; Šmída, R.; Snow, G. R.; Sommers, P.; Sonntag, S.; Sorokin, J.; Squartini, R.; Stanca, D.; Stanič, S.; Stapleton, J.; Stasielak, J.; Strafella, F.; Stutz, A.; Suarez, F.; Suarez Durán, M.; Sudholz, T.; Suomijärvi, T.; Supanitsky, A. D.; Sutherland, M. S.; Swain, J.; Szadkowski, Z.; Taborda, O. A.; Tapia, A.; Tepe, A.; Theodoro, V. M.; Timmermans, C.; Todero Peixoto, C. J.; Tomankova, L.; Tomé, B.; Tonachini, A.; Torralba Elipe, G.; Torres Machado, D.; Travnicek, P.; Trini, M.; Ulrich, R.; Unger, M.; Urban, M.; Valbuena Delgado, A.; Valdés Galicia, J. F.; Valiño, I.; Valore, L.; Van Aar, G.; Van Bodegom, P.; Van Den Berg, A. M.; Van Vliet, A.; Varela, E.; Vargas Cárdenas, B.; Varner, G.; Vázquez, J. R.; Vázquez, R. A.; Veberič, D.; Verzi, V.; Vicha, J.; Videla, M.; Villaseñor, L.; Vorobiov, S.; Wahlberg, H.; Wainberg, O.; Walz, D.; Watson, A. A.; Weber, M.; Weindl, A.; Wiencke, L.; Wilczyński, H.; Winchen, T.; Wittkowski, D.; Wundheiler, B.; Wykes, S.; Yang, L.; Yapici, T.; Yelos, D.; Zas, E.; Zavrtanik, D.; Zavrtanik, M.; Zepeda, A.; Zimmermann, B.; Ziolkowski, M.; Zong, Z.; Zuccarello, F.

doi:10.1103/PhysRevLett.117.192001

Ultrahigh energy cosmic ray air showers probe particle physics at energies beyond the reach of accelerators. Here we introduce a new method to test hadronic interaction models without relying on the absolute energy calibration, and apply it to events with primary energy 6-16 EeV (ECM=110-170 TeV), whose longitudinal development and lateral distribution were simultaneously measured by the Pierre Auger Observatory. The average hadronic shower is 1.33±0.16 (1.61±0.21) times larger than predicted using the leading LHC-tuned models EPOS-LHC (QGSJetII-04), with a corresponding excess of muons.