Proton-air interaction properties at s 100 TeV from shower-depth measurements with the Pierre Auger Observatory and their connection to the Muon Puzzle
The Pierre Auger Collaboration, A. Abdul Halim, P. Abreu, M. Aglietta, M. Ahmed, I. Allekotte, K. Almeida Cheminant, R. Aloisio, J. Alvarez-Muñiz, A. Ambrosone, J. Ammerman Yebra, L. Anchordoqui, B. Andrada, L. Andrade Dourado, L. Apollonio, C. Aramo, J. C. Arteaga Velázquez, P. Assis, G. Avila, E. Avocone, A. Bakalova, Y. Balibrea, A. Baluta, F. Barbato, A. Bartz Mocellin, O. Batalla Cruz, J. P. Behler, C. Berat, M. E. Bertaina, M. Bianciotto, P. L. Biermann, V. Binet, K. Bismark, T. Bister, J. Biteau, J. Blazek, J. Blümer, M. Boháčová, D. Boncioli, C. Bonifazi, N. Borodai, J. Brack, P. G. Brichetto Orquera, S. Buitink, A. Bwembya, T. R. Caba Pineda, K. S. Caballero-Mora, S. Cabana-Freire, L. Caccianiga, J. Caraça-Valente, R. Caruso, A. Castellina, F. Catalani, G. Cataldi, L. Cazon, M. Cerda, B. Čermáková, A. Cermenati, K. Cerny, J. A. Chinellato, J. Chudoba, L. Chytka, R. W. Clay, A. C. Cobos Cerutti, R. Colalillo, R. Conceição, G. Consolati, M. Conte, F. Convenga, D. Correia dos Santos, P. J. Costa, C. E. 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. R. T. 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, K. Denner Syrokvas, L. Deval, A. di Matteo, C. Dobrigkeit, J. C. D'Olivo, L. M. Domingues Mendes, T. Dominguez, Y. Dominguez Ballesteros, Q. Dorosti, R. C. dos Anjos, J. Ebr, F. Ellwanger, R. Engel, M. Erdmann, A. Etchegoyen, C. Evoli, H. Falcke, G. Farrar, A. C. Fauth, T. Fehler, F. Feldbusch, A. Fernandes, M. Fernández Alonso, B. Fick, J. M. Figueira, P. Filip, A. Filipčič, B. Flaggs, A. Franco, M. Freitas, T. Fujii, A. Fuster, C. Galea, B. García, C. Gaudu, P. L. Ghia, U. Giaccari, M. Giammarco, C. Glaser, F. Gobbi, F. Gollan, G. Golup, P. F. Gómez Vitale, J. P. Gongora, N. González, D. Góra, A. Gorgi, M. Gottowik, F. Guarino, G. P. Guedes, Y. C. Guerra, L. Gülzow, S. Hahn, P. Hamal, M. R. Hampel, P. Hansen, V. M. Harvey, A. Haungs, M. Havelka, T. Hebbeker, C. Hojvat, J. R. Hörandel, P. Horvath, M. Hrabovský, T. Huege, A. Insolia, P. G. Isar, M. Ismaiel, P. Janecek, V. Jilek, K. -H. Kampert, B. Keilhauer, V. V. Kizakke Covilakam, H. O. Klages, M. Kleifges, A. Klingel, 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, M. Mallamaci, S. Mancuso, D. Mandat, P. Mantsch, A. G. Mariazzi, C. Marinelli, I. C. Mariş, G. Marsella, D. Martello, S. Martinelli, O. Martínez Bravo, A. Martínez-Mendez, M. A. Martins, H. -J. Mathes, J. Matthews, G. Matthiae, E. Mayotte, S. Mayotte, P. O. Mazur, G. Medina-Tanco, 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. Novotny, L. Nožka, A. Nucita, L. A. Núñez, S. E. Nuza, J. Ochoa, M. Olegario, C. Oliveira, L. Östman, M. Palatka, J. Pallotta, G. Parente, T. Paulsen, M. Pech, J. Pękala, R. Pelayo, C. Pérez Bertolli, L. Perrone, S. Petrera, T. Pierog, M. Pimenta, M. Platino, P. Privitera, C. Priyadarshi, M. Prouza, K. Pytel, S. Querchfeld, J. Rautenberg, D. Ravignani, J. V. Reginatto Akim, M. Z. Rennó, A. Reuzki, J. Ridky, F. Riehn, M. Risse, V. Rizi, B. Rocha Moldes, E. Rodriguez, G. Rodriguez Fernandez, J. Rodriguez Rojo, S. Rossoni, M. Roth, E. Roulet, A. C. Rovero, A. Saftoiu, M. Saharan, F. Salamida, H. Salazar, G. Salina, P. Sampathkumar, N. San Martin, J. D. Sanabria Gomez, F. Sánchez, F. M. Sánchez Rodriguez, E. Santos, F. Sarazin, R. Sarmento, R. Sato, P. Savina, V. Scherini, H. Schieler, M. Schimp, D. Schmidt, O. Scholten, H. Schoorlemmer, P. Schovánek, 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. Šmída, S. Soares Sippert, P. Sommers, S. Stanič, J. Stasielak, P. Stassi, S. Strähnz, M. Straub, T. Suomijärvi, A. D. Supanitsky, Z. Svozilikova, Z. Szadkowski, F. Tairli, A. Tapia, C. Taricco, C. Timmermans, O. Tkachenko, P. Tobiska, C. J. Todero Peixoto, B. Tomé, A. Travaini, P. Travnicek, C. Trimarelli, M. Tueros, M. Unger, R. Uzeiroska-Geyik, L. Vaclavek, M. Vacula, I. Vaiman, J. F. Valdés Galicia, L. Valore, P. van Dillen, E. Varela, V. Vašíčková, A. Vásquez-Ramírez, D. Veberič, I. D. Vergara Quispe, S. Verpoest, V. Verzi, J. Vicha, S. Vorobiov, J. B. Vuta, A. A. Watson, A. Weindl, M. Weitz, L. Wiencke, H. Wilczyński, B. Wundheiler, B. Yue, A. Yushkov, E. Zas, D. Zavrtanik, M. Zavrtanik
Abstract
Hybrid measurements at the Pierre Auger Observatory indicate that most high-energy hadronic interaction models underestimate the average depth of the shower maximum, X , at a center-of-mass energy of s=97.7 0.4+6.6-6.2\,TeV. In this Letter, the hadronic interaction models are shown to follow a universal relation between the predicted X and the mean values of variables characterizing the energy spectra of secondary particles produced in the first interaction of proton-induced air showers. Assuming the validity of these relations in Nature, we map the values of X favored by Auger data into mean values of these variables. All models favor an increase in the mean elasticity and in the fraction of hadronic energy in proton--air interactions. The latter must be amplified by a factor of 2.8 to 4.6 to account for the muon puzzle.
Create a lesson
Related papers
Accelerating Optical Photon Simulation in DUNE with Opticks
Ilker Parmaksiz, Aaron Higuera, Laura Paulucci et al.
Search for high-mass resonances in photon-jet final states using 140 fb-1 of pp collisions at s = 13 TeV with the ATLAS detector
ATLAS Collaboration
Efficient binned profile likelihood minimization for precision measurements with RABBIT
David Walter, Josh Bendavid, Kenneth Long
A Weighting Method for Incorporating Mass Resolution Effects in Amplitude Analysis
Benhou Xiang, Wenqian Zheng, Hongxun Yang et al.
A High Performance Partial Wave Analysis Framework for Hadron Spectroscopy
Benhou Xiang, Shuangshi Fang, Beijiang Liu
Measurement of tZq inclusive and differential cross-sections in pp collisions at s = 13~TeV with the ATLAS detector
ATLAS Collaboration