Depth of maximum of air-shower profiles at the Pierre Auger Observatory. II. Composition implications

作者：A. Aab, P. Abreu, M. Aglietta, E. J. Ahn, I. Al Samarai, I. F. M. Albuquerque, I. Allekotte, J. Allen, P. Allison, A. Almela, J. Alvarez Castillo, Jaime Álvarez-Muñiz, Rafael Alves Batista, M. Ambrosio, A. Aminaei, Luis A. Anchordoqui, S. Andringa, C. Aramo, V. Aranda, F. Arqueros, H. Asorey, P. Assis, J. Aublin, M. Ave, M. Avenier, G. Ávila, N. Awal, Alina Mihaela Badescu, K. B. Barber, J. Bäuml, C. Baus, J. J. Beatty, Klaus Becker, J. A. Bellido, C. Bérat, Mario Bertania, X. Bertou, Peter L. Biermann, P. Billoir, S. G. Blaess, F. Blanco, C. Bleve, H. Blümer, M. Boháčová, Denise Boncioli, C. Bonifazi, R. Bonino, Nataliia Borodai, J. Brack, I.M. Brâncuş, A. Bridgeman, P. Brogueira, W. C. Brown, P. Buchholz, A. Bueno, S. Buitink, Mario Buscemi, K. S. Caballero‐Mora, B. Caccianiga, Lorenzo Caccianiga, M. Candusso, L. Caramete, R. Caruso, A. Castellina, G. Cataldi, Lorenzo Cazon, R. Cester, A. G. Chavez, A. Chiavassa, J. A. Chinellato, J. Chudoba, M. Cilmo, R. W. Clay, G. Cocciolo, Roberta Colalillo, Alan Coleman, L. Collica, M. R. Coluccia, R. Conceição, F. Contreras, M. J. Cooper, A. Cordier, S. Coutu, C. E. Covault, J. Cronin, A. Curutiu, R. Dallier, B. Daniel, S. Dasso, K. Daumiller, B. R. Dawson, R. M. de Almeida, Manlio De Domenico, S. J. de Jong, J. R. T. de Mello Neto, I. De Mitri, Jaime de Oliveira, V Reis de Souza, L. del Peral, O. Deligny, H.-P. Dembinski, N. Dhital, C. Di Giulio, Armando di Matteo, J. C. Diaz, M. L. Díaz Castro, F. Diogo, C. Dobrigkeit, W. Docters, J. C. D’Olivo, A. Dorofeev, Q. Dorosti Hasankiadeh, M. T. Dova, Jan Ebr, R. Engel, M. Erdmann, Mostafa Erfani, C.O. Escobar, J. Espadanal, A. Etchegoyen, P. Facal San Luis, H. Falcke, Ke Fang, G. Farrar, A. C. Fauth, N. Fazzini, A. P. Ferguson, Mário Marques Fernandes, Brian Fick, J. M. Figueira, A. Filevich, A. Filipčič, B. D. Fox, Octavian Fratu, U. Fröhlich, B. Fuchs, Takao Fuji, R. Gaïor, B. Garćıa, S. T. Garcia Roca, D. García-Gámez, D. García-Pinto, G. Garilli, A. Gascon Bravo, F. Gaté, H. Gemmeke, P. L. Ghia, Ugo GIACCARI, M. Giammarchi, M. Giller, Christian Gläser, H. Glass, M. Gómez Berisso, P. F. Gómez Vitale, P. Gonçalves, J. G. Gonzalez, Nicolás Martín González, B. Gookin, J. Gordon, A. Gorgi, P. W. Gorham, P. Gouffon, S. Grebe, N. Griffith, Alfredo Grillo, T. D. Grubb, F. Guarino, G.P. Guedes, Matías Rolf Hampel, P. Hansen, Diego Harari, T. A. Harrison, S. Hartmann, J. L. Harton, A. Haungs, T. Hebbeker, D. Heck, P. Heimann, A. E. Herve, G. C. Hill, C. Hojvat, N. Hollon, E. Holt, P. Homola, J.R. Hörandel, Pavel Horváth, M. Hrabovský, D. Huber, T. Huege, A. Insolia, Paula Gina Isar, I. Jandt, S. Jansen, C. Jarne, M. Josebachuili, A. Kääpä, O. Kambeitz, K. H. Kampert, P. A. Kasper, I. Katkov, B. Kégl, B. Keilhauer, A. Keivani, E. Kemp, R. M. Kieckhafer, H. O. Klages, M. Kleifges, J. Kleinfeller, R. Krause, N. Krohm, O. Krömer, D. Kruppke-Hansen, D. Kuempel, N. Kunka, D. LaHurd, L. Latronico, R. Lauer, M. Lauscher, P. Lautridou, S. Le Coz, M. S. A. B. Leão, D. Lebrun, P. Lebrun, M. A. Leigui de Oliveira, A. Letessier‐Selvon, Isabelle Lhenry-Yvon, K. Link, R. López, A. López Agúera, K. Louedec, J. J. Lozano Bahilo, L. Lu, A. Lucero, M. Ludwig, M. Malacari, S. Maldera, M. Mallamaci, J. Maller, Dušan Mandát, P. Mantsch, A. G. Mariazzi, V. Marin, Ioana Codrina Mariş, G. Marsella, D. Martello, L. Martin, H. Martínez, O. Martínez Bravo, D. Martraire, J. J. Masías Meza, H.-J. Mathes, S. Mathys, J. N. Matthews, John Matthews, G. Matthiae, D. Maurel, D. Maurizio, Eric William Mayotte, P.O. Mazur, C. Medina, Gustavo Medina‐Tanco, R. Meißner, M. Melissas, D. Melo, A. Menshikov, S. Messina, R. Meyhandan, S. Mičanović, M. I. Micheletti, L. Middendorf, I. A. Minaya, L. Miramonti, B. Mitrica, L. Molina Bueno, Silvia Mollerach, M. Monasor, D. Monnier Ragaigne, F. Montanet, C. Morello, M. Mostafá, C. A. Moura, M. A. Muller, G. Müller, S. Müller, M. Münchmeyer, R. Mussa, G. Navarra, S. Navas, P. Necesal, L. Nellen, A. Nelles, J. Neuser, P. H. Nguyen, Marcus Niechciol, L. Niemietz, T. Niggemann, D. Nitz, Dalibor Nosek, Vladimír Novotný, L. Nožka, L. Ochilo, A. Olinto, M. A. Leigui de Oliveira, N. Pacheco, D. Pakk Selmi-Dei, M. Palatka, J. Pallotta, N. Palmieri, P. Papenbreer, G. Parente, A. Parra, T. Paul, M. Pech, Jan Pękala, Rodrigo Pelayo, I.M. Pepe, Lorenzo Perrone, E. Petermann, C. F. W. Peters, S. Petrera, Y. Petrov, J. Phuntsok, R. Piegaia, T. Pierog, P. Pieroni, M. Pimenta, V. Pirronello, M. Platino, M. Plum, Alessio Porcelli, C. Porowski, R. R. Prado, P. Privitera, M. Prouza, V. Purrello, E. J. Quel, S. Querchfeld, S. Quinn, J. Rautenberg, O. Ravel, D. Ravignani, B. Revenu, J. Řídký, S. Riggi, Markus Risse, P. Ristori, V. Rizi, W. Rodrigues de Carvalho, I. Rodríguez Cabo, Gonzalo Rodriguez Fernandez, Juan Rojo, M. D. Rodríguez-Friás, D. Rogozin, G. Ros, J. Rosado, T. Rößler, M. Roth, Esteban Roulet, A.C. Rovero, S. J. Saffi, A. Sǎftoiu, F. Salamida, H. Salazar, A. Saleh, F. Salesa Greus, G. Salina, F. Sánchez, P. Sánchez-Lucas, C. E. Santo, Eva Santos, E. Santos, F. Sarazin, B. Sarkar, R. Sarmento, Ricardo Sato, N. Scharf, Viviana Scherini, H. Schieler, P. Schiffer, D. Schmidt, O. Schölten, Harm Schoorlemmer, Petr Schovánek, A. Schulz, J. Schulz, J. Schumacher, S. J. Sciutto, A. Segreto, M. Settimo, A. Shadkam, R.C. Shellard, I. Sidelnik, G. Sigl, O. Sima, A. Śmiałkowski, Radomir Šmída, Gregory R. Snow, P. Sommers, J. Sorokin, R. Squartini, Y. N. Srivastava, S. Stanič, J. Stapleton, Jarosław Stasielak, M. Stephan, A. Stutz, F. Suárez, T. Suomijärvi, A. D. Supanitsky, M. S. Sutherland, J. Swain, Zbigniew Szadkowski, M. Szuba, O. A. Taborda, A. Tapia, M. Tartare, A. Tepe, V. M. Theodoro, C. Timmermans, Carlos J. Todero Peixoto, G. Toma, Lenka Tománková, B. Tomé, A. Tonachini, G. Torralba Elipe, D. Torres Machado, P. Trávnı́ček, E. Trovato, Matias Jorge Tueros, R. Ulrich, M. Unger, M. Urban, J. F. Valdés Galicia, I. Valiño, Laura Valore, G. van Aar, Peter M. van Bodegom, A. M. van den Berg, S. van Velzen, A. van Vliet, Enrique Varela, B. Vargas Cárdenas, G. Varner, J. R. Vázquez, R. A. Vázquez, Darko Veberič, V. Verzi, J. Vícha, M. Videla, L. Villaseñor, B. Vlček, S. Vorobiov, H. Wahlberg, O. Wainberg, D. Walz, A. A. Watson, M. Weber, K. Weidenhaupt, A. Weindl, Felix Werner, A. Widom, L. Wiencke, B. Wilczyńska, H. Wilczyński, Martin Will, Christopher S. Williams, T. Winchen, D. Wittkowski, B. Wundheiler, S. Wykes, T. Yamamoto, T. Yapici, G. Yuan, Alexey Yushkov, B. Zamorano, E. Zas, D. Zavrtanik, M. Zavrtanik, I. Zaw, A. Zepeda, J. Zhou, Yan Zhu, M. Zimbres Silva, M. Ziolkowski, F. Zuccarello · 发表于：Physical review. D. Particles, fields, gravitation, and cosmology/Physical review. D. Particles and fields · 年份：2014 · DOI：10.1103/physrevd.90.122006 · 被引用次数：315 · 研究领域：Astrophysics and Cosmic Phenomena、Dark Matter and Cosmic Phenomena、Neutrino Physics Research

Using the data taken at the Pierre Auger Observatory between December 2004 and December 2012, we have examined the implications of the distributions of depths of atmospheric shower maximum (${X}_{\mathrm{max}}$), using a hybrid technique, for composition and hadronic interaction models. We do this by fitting the distributions with predictions from a variety of hadronic interaction models for variations in the composition of the primary cosmic rays and examining the quality of the fit. Regardless of what interaction model is assumed, we find that our data are not well described by a mix of protons and iron nuclei over most of the energy range. Acceptable fits can be obtained when intermediate masses are included, and when this is done consistent results for the proton and iron-nuclei contributions can be found using the available models. We observe a strong energy dependence of the resulting proton fractions, and find no support from any of the models for a significant contribution from iron nuclei. However, we also observe a significant disagreement between the models with respect to the relative contributions of the intermediate components.