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The Pierre Auger Observatory is the most sensitive instrument to detect photons with energies above 1017 eV. It measures extensive air showers generated by ultrahigh energy cosmic rays using a hybrid technique that exploits the combination of a fluorescence detector with a ground array of particle detectors. The signatures of a photon-induced air shower are a larger atmospheric depth of the shower maximum (Xmax) and a steeper lateral distribution function, along with a lower number of muons with respect to the bulk of hadron-induced cascades. In this work, a new analysis technique in the energy interval between 1 and 30 EeV (1 EeV=1018 eV) has been developed by combining the fluorescence detector-based measurement of Xmax with the specific features of the surface detector signal through a parameter related to the air shower muon content, derived from the universality of the air shower development. No evidence of a statistically significant signal due to photon primaries was found using data collected in about 12 years of operation. Thus, upper bounds to the integral photon flux have been set using a detailed calculation of the detector exposure, in combination with a data-driven background estimation. The derived 95% confidence level upper limits are 0.0403, 0.01113, 0.0035, 0.0023, and 0.0021 km-2 sr-1 yr-1 above 1, 2, 3, 5, and 10 EeV, respectively, leading to the most stringent upper limits on the photon flux in the EeV range. Compared with past results, the upper limits were improved by about 40% for the lowest energy threshold and by a factor 3 above 3 EeV, where no candidates were found and the expected background is negligible. The presented limits can be used to probe the assumptions on chemical composition of ultrahigh energy cosmic rays and allow for the constraint of the mass and lifetime phase space of super-heavy dark matter particles.
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1018 eV
by simultaneously measuring the atmospheric depth and the muon content of air showers at the Pierre Auger Observatory
Abdul Halim, A.;Abreu, P.;Aglietta, M.;Allekotte, I.;Almeida Cheminant, K.;Almela, A.;Aloisio, R.;Alvarez-Muñiz, J.;Ammerman Yebra, J.;Anastasi, G. A.;Anchordoqui, L.;Andrada, B.;Andrade Dourado, L.;Andringa, S.;Apollonio, L.;Aramo, C.;Araújo Ferreira, P. R.;Arnone, E.;Arteaga Velázquez, J. C.;Assis, P.;Avila, G.;Avocone, E.;Bakalova, A.;Barbato, F.;Bartz Mocellin, A.;Berat, C.;Bertaina, M. E.;Bhatta, G.;Bianciotto, M.;Biermann, P. L.;Binet, V.;Bismark, K.;Bister, T.;Biteau, J.;Blazek, J.;Bleve, C.;Blümer, J.;Boháčová, M.;Boncioli, D.;Bonifazi, C.;Bonneau Arbeletche, L.;Borodai, N.;Brack, J.;Brichetto Orchera, P. G.;Briechle, F. L.;Bueno, A.;Buitink, S.;Buscemi, M.;Büsken, M.;Bwembya, A.;Caballero-Mora, K. S.;Cabana-Freire, S.;Caccianiga, L.;Campuzano, F.;Caruso, R.;Castellina, A.;Catalani, F.;Cataldi, G.;Cazon, L.;Cerda, M.;Čermáková, B.;Cermenati, A.;Chinellato, J. A.;Chudoba, J.;Chytka, L.;Clay, R. W.;Cobos Cerutti, A. C.;Colalillo, R.;Coluccia, M. R.;Conceição, R.;Condorelli, A.;Consolati, G.;Conte, M.;Convenga, F.;Correia dos Santos, D.;Costa, P. J.;Covault, C. E.;Cristinziani, M.;Cruz Sanchez, C. S.;Dasso, S.;Daumiller, K.;Dawson, B. R.;de Almeida, R. M.;de Errico, B.;de Jesús, J.;de Jong, S. J.;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 Popolo, A.;Deligny, O.;Denner, N.;Deval, L.;di Matteo, A.;do, J. A.;Dobre, M.;Dobrigkeit, C.;D'Olivo, J. C.;Domingues Mendes, L. M.;Dorosti, Q.;dos Anjos, J. C.;dos Anjos, R. C.;Ebr, J.;Ellwanger, F.;Emam, M.;Engel, R.;Epicoco, I.;Erdmann, M.;Etchegoyen, A.;Evoli, C.;Falcke, H.;Farrar, G.;Fauth, A. C.;Fehler, T.;Feldbusch, F.;Fenu, F.;Fernandes, A.;Fick, B.;Figueira, J. M.;Filip, P.;Filipčič, A.;Fitoussi, T.;Flaggs, B.;Fodran, T.;Fujii, T.;Fuster, A.;Galea, C.;García, B.;Gaudu, C.;Gherghel-Lascu, A.;Ghia, P. L.;Giaccari, U.;Glombitza, J.;Gobbi, F.;Gollan, F.;Golup, G.;Gómez Berisso, M.;Gómez Vitale, P. F.;Gongora, J. P.;González, J. M.;González, N.;Góra, D.;Gorgi, A.;Gottowik, M.;Guarino, F.;Guedes, G. P.;Guido, E.;Gülzow, L.;Hahn, S.;Hamal, P.;Hampel, M. R.;Hansen, P.;Harari, D.;Harvey, V. M.;Haungs, A.;Hebbeker, T.;Hojvat, C.;Hörandel, J. R.;Horvath, P.;Hrabovský, M.;Huege, T.;Insolia, A.;Isar, P. G.;Janecek, P.;Jilek, V.;Johnsen, J. A.;Jurysek, J.;Kampert, K. -H.;Keilhauer, B.;Khakurdikar, A.;Kizakke Covilakam, V. V.;Klages, H. O.;Kleifges, M.;Knapp, F.;Köhler, J.;Krieger, F.;Kunka, N.;Lago, B. L.;Langner, N.;Leigui de Oliveira, M. A.;Lema-Capeans, Y.;Letessier-Selvon, A.;Lhenry-Yvon, I.;Lopes, L.;Lu, L.;Luce, Q.;Lundquist, J. P.;Machado Payeras, A.;Majercakova, M.;Mandat, D.;Manning, B. C.;Mantsch, P.;Mariani, F. M.;Mariazzi, A. G.;Mariş, I. C.;Marsella, G.;Martello, D.;Martinelli, S.;Martínez Bravo, O.;Martins, M. A.;Mathes, H. -J.;Matthews, J.;Matthiae, G.;Mayotte, E.;Mayotte, S.;Mazur, P. O.;Medina-Tanco, G.;Meinert, J.;Melo, D.;Menshikov, A.;Merx, C.;Michal, S.;Micheletti, M. I.;Miramonti, L.;Mollerach, S.;Montanet, F.;Morejon, L.;Mulrey, K.;Mussa, R.;Namasaka, W. M.;Negi, S.;Nellen, L.;Nguyen, K.;Nicora, G.;Niechciol, M.;Nitz, D.;Nosek, D.;Novotny, V.;Nožka, L.;Nucita, A.;Núñez, L. A.;Oliveira, C.;Palatka, M.;Pallotta, J.;Panja, S.;Parente, G.;Paulsen, T.;Pawlowsky, J.;Pech, M.;Pękala, J.;Pelayo, R.;Pelgrims, V.;Pereira, L. A. S.;Pereira Martins, E. E.;Pérez Bertolli, C.;Perrone, L.;Petrera, S.;Petrucci, C.;Pierog, T.;Pimenta, M.;Platino, M.;Pont, B.;Pothast, M.;Pourmohammad Shahvar, M.;Privitera, P.;Prouza, M.;Querchfeld, S.;Rautenberg, J.;Ravignani, D.;Reginatto Akim, J. V.;Reininghaus, M.;Reuzki, A.;Ridky, J.;Riehn, F.;Risse, M.;Rizi, V.;Rodrigues de Carvalho, W.;Rodriguez, E.;Rodriguez Rojo, J.;Roncoroni, M. J.;Rossoni, S.;Roth, M.;Roulet, E.;Rovero, A. C.;Saftoiu, A.;Saharan, M.;Salamida, F.;Salazar, H.;Salina, G.;Sanabria Gomez, J. D.;Sánchez, F.;Santos, E. M.;Santos, E.;Sarazin, F.;Sarmento, R.;Sato, R.;Savina, P.;Schäfer, C. M.;Scherini, V.;Schieler, H.;Schimassek, M.;Schimp, M.;Schmidt, D.;Scholten, O.;Schoorlemmer, H.;Schovánek, P.;Schröder, F. G.;Schulte, J.;Schulz, T.;Sciutto, S. J.;Scornavacche, M.;Sedoski, A.;Segreto, A.;Sehgal, S.;Shivashankara, S. U.;Sigl, G.;Simkova, K.;Simon, F.;Smau, R.;Šmída, R.;Sommers, P.;Squartini, R.;Stadelmaier, M.;Stanič, S.;Stasielak, J.;Stassi, P.;Strähnz, S.;Straub, M.;Suomijärvi, T.;Supanitsky, A. D.;Svozilikova, Z.;Szadkowski, Z.;Tairli, F.;Tapia, A.;Taricco, C.;Timmermans, C.;Tkachenko, O.;Tobiska, P.;Todero Peixoto, C. J.;Tomé, B.;Torrès, Z.;Travaini, A.;Travnicek, P.;Tueros, M.;Unger, M.;Uzeiroska, R.;Vaclavek, L.;Vacula, M.;Valdés Galicia, J. F.;Valore, L.;Varela, E.;Vašíčková, V.;Vásquez-Ramírez, A.;Veberič, D.;Vergara Quispe, I. D.;Verzi, V.;Vicha, J.;Vink, J.;Vorobiov, S.;Watanabe, C.;Watson, A. A.;Weindl, A.;Wiencke, L.;Wilczyński, H.;Wittkowski, D.;Wundheiler, B.;Yue, B.;Yushkov, A.;Zapparrata, O.;Zas, E.;Zavrtanik, D.;Zavrtanik, M.;null, null
2024-01-01
Abstract
The Pierre Auger Observatory is the most sensitive instrument to detect photons with energies above 1017 eV. It measures extensive air showers generated by ultrahigh energy cosmic rays using a hybrid technique that exploits the combination of a fluorescence detector with a ground array of particle detectors. The signatures of a photon-induced air shower are a larger atmospheric depth of the shower maximum (Xmax) and a steeper lateral distribution function, along with a lower number of muons with respect to the bulk of hadron-induced cascades. In this work, a new analysis technique in the energy interval between 1 and 30 EeV (1 EeV=1018 eV) has been developed by combining the fluorescence detector-based measurement of Xmax with the specific features of the surface detector signal through a parameter related to the air shower muon content, derived from the universality of the air shower development. No evidence of a statistically significant signal due to photon primaries was found using data collected in about 12 years of operation. Thus, upper bounds to the integral photon flux have been set using a detailed calculation of the detector exposure, in combination with a data-driven background estimation. The derived 95% confidence level upper limits are 0.0403, 0.01113, 0.0035, 0.0023, and 0.0021 km-2 sr-1 yr-1 above 1, 2, 3, 5, and 10 EeV, respectively, leading to the most stringent upper limits on the photon flux in the EeV range. Compared with past results, the upper limits were improved by about 40% for the lowest energy threshold and by a factor 3 above 3 EeV, where no candidates were found and the expected background is negligible. The presented limits can be used to probe the assumptions on chemical composition of ultrahigh energy cosmic rays and allow for the constraint of the mass and lifetime phase space of super-heavy dark matter particles.
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simulazione ASN
Il report seguente simula gli indicatori relativi alla propria produzione scientifica in relazione alle soglie ASN 2023-2025 del proprio SC/SSD. Si ricorda che il superamento dei valori soglia (almeno 2 su 3) è requisito necessario ma non sufficiente al conseguimento dell'abilitazione. La simulazione si basa sui dati IRIS e sugli indicatori bibliometrici alla data indicata e non tiene conto di eventuali periodi di congedo obbligatorio, che in sede di domanda ASN danno diritto a incrementi percentuali dei valori. La simulazione può differire dall'esito di un’eventuale domanda ASN sia per errori di catalogazione e/o dati mancanti in IRIS, sia per la variabilità dei dati bibliometrici nel tempo. Si consideri che Anvur calcola i valori degli indicatori all'ultima data utile per la presentazione delle domande.
La presente simulazione è stata realizzata sulla base delle specifiche raccolte sul tavolo ER del Focus Group IRIS coordinato dall’Università di Modena e Reggio Emilia e delle regole riportate nel DM 589/2018 e allegata Tabella A. Cineca, l’Università di Modena e Reggio Emilia e il Focus Group IRIS non si assumono alcuna responsabilità in merito all’uso che il diretto interessato o terzi faranno della simulazione. Si specifica inoltre che la simulazione contiene calcoli effettuati con dati e algoritmi di pubblico dominio e deve quindi essere considerata come un mero ausilio al calcolo svolgibile manualmente o con strumenti equivalenti.