Image de couverture de livre

Inference of the Mass Composition of Cosmic Rays with energies from $\mathbf{10^{18.5}}$ to $\mathbf{10^{20}}$ eV using the Pierre Auger Observatory and Deep Learning

Fuente: arXiv

Enregistré dans:

Détails bibliographiques
Auteurs principaux:	The Pierre Auger Collaboration, Halim, A. Abdul, Abreu, P., Aglietta, M., Allekotte, I., Cheminant, K. Almeida, Almela, A., Aloisio, R., Alvarez-Muñiz, J., Yebra, J. Ammerman, Anastasi, G. A., Anchordoqui, L., Andrada, B., Dourado, L. Andrade, Andringa, S., Apollonio, L., Aramo, C., Ferreira, P. R. Araújo, Arnone, E., Velázquez, J. C. Arteaga, Assis, P., Avila, G., Avocone, E., Bakalova, A., Barbato, F., Mocellin, A. Bartz, 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., Arbeletche, L. Bonneau, Borodai, N., Brack, J., Orchera, P. G. Brichetto, 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., Cerutti, A. C. Cobos, Colalillo, R., Coluccia, M. R., Conceição, R., Condorelli, A., Consolati, G., Conte, M., Convenga, F., Santos, D. Correia dos, Costa, P. J., Covault, C. E., Cristinziani, M., Sanchez, C. S. Cruz, Dasso, S., Daumiller, K., Dawson, B. R., de Almeida, R. M., de Errico, B., de Jesús, J., de Jong, S. J., Neto, J. R. T. de Mello, De Mitri, I., de Oliveira, J., Franco, D. de Oliveira, 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., Mendes, L. M. Domingues, Dorosti, Q., Anjos, J. C. dos, Anjos, R. C. dos, 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., Berisso, M. Gómez, Vitale, P. F. Gómez, 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., Covilakam, V. V. Kizakke, Klages, H. O., Kleifges, M., Knapp, F., Köhler, J., Krieger, F., Kunka, N., Lago, B. L., Langner, N., de Oliveira, M. A. Leigui, Lema-Capeans, Y., Letessier-Selvon, A., Lhenry-Yvon, I., Lopes, L., Lu, L., Luce, Q., Lundquist, J. P., Payeras, A. Machado, Majercakova, M., Mandat, D., Manning, B. C., Mantsch, P., Mariani, F. M., Mariazzi, A. G., Mariş, I. C., Marsella, G., Martello, D., Martinelli, S., Bravo, O. Martínez, 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., Martins, E. E. Pereira, Bertolli, C. Pérez, Perrone, L., Petrera, S., Petrucci, C., Pierog, T., Pimenta, M., Platino, M., Pont, B., Pothast, M., Shahvar, M. Pourmohammad, Privitera, P., Prouza, M., Querchfeld, S., Rautenberg, J., Ravignani, D., Akim, J. V. Reginatto, Reininghaus, M., Reuzki, A., Ridky, J., Riehn, F., Risse, M., Rizi, V., de Carvalho, W. Rodrigues, Rodriguez, E., Rojo, J. Rodriguez, Roncoroni, M. J., Rossoni, S., Roth, M., Roulet, E., Rovero, A. C., Saftoiu, A., Saharan, M., Salamida, F., Salazar, H., Salina, G., Gomez, J. D. Sanabria, 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., Peixoto, C. J. Todero, Tomé, B., Torrès, Z., Travaini, A., Travnicek, P., Tueros, M., Unger, M., Uzeiroska, R., Vaclavek, L., Vacula, M., Galicia, J. F. Valdés, Valore, L., Varela, E., Vašíčková, V., Vásquez-Ramírez, A., Veberič, D., Quispe, I. D. Vergara, 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.
Format:	Preprint
Publié:	2024
Sujets:	High Energy Astrophysical Phenomena Instrumentation and Methods for Astrophysics
Accès en ligne:	Acceder al recurso
Tags:	Ajouter un tag Pas de tags, Soyez le premier à ajouter un tag!

_version_	1866909479386218496
author	The Pierre Auger Collaboration Halim, A. Abdul Abreu, P. Aglietta, M. Allekotte, I. Cheminant, K. Almeida Almela, A. Aloisio, R. Alvarez-Muñiz, J. Yebra, J. Ammerman Anastasi, G. A. Anchordoqui, L. Andrada, B. Dourado, L. Andrade Andringa, S. Apollonio, L. Aramo, C. Ferreira, P. R. Araújo Arnone, E. Velázquez, J. C. Arteaga Assis, P. Avila, G. Avocone, E. Bakalova, A. Barbato, F. Mocellin, A. Bartz 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. Arbeletche, L. Bonneau Borodai, N. Brack, J. Orchera, P. G. Brichetto 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. Cerutti, A. C. Cobos Colalillo, R. Coluccia, M. R. Conceição, R. Condorelli, A. Consolati, G. Conte, M. Convenga, F. Santos, D. Correia dos Costa, P. J. Covault, C. E. Cristinziani, M. Sanchez, C. S. Cruz Dasso, S. Daumiller, K. Dawson, B. R. de Almeida, R. M. de Errico, B. de Jesús, J. de Jong, S. J. Neto, J. R. T. de Mello De Mitri, I. de Oliveira, J. Franco, D. de Oliveira 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. Mendes, L. M. Domingues Dorosti, Q. Anjos, J. C. dos Anjos, R. C. dos 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. Berisso, M. Gómez Vitale, P. F. Gómez 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. Covilakam, V. V. Kizakke Klages, H. O. Kleifges, M. Knapp, F. Köhler, J. Krieger, F. Kunka, N. Lago, B. L. Langner, N. de Oliveira, M. A. Leigui Lema-Capeans, Y. Letessier-Selvon, A. Lhenry-Yvon, I. Lopes, L. Lu, L. Luce, Q. Lundquist, J. P. Payeras, A. Machado Majercakova, M. Mandat, D. Manning, B. C. Mantsch, P. Mariani, F. M. Mariazzi, A. G. Mariş, I. C. Marsella, G. Martello, D. Martinelli, S. Bravo, O. Martínez 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. Martins, E. E. Pereira Bertolli, C. Pérez Perrone, L. Petrera, S. Petrucci, C. Pierog, T. Pimenta, M. Platino, M. Pont, B. Pothast, M. Shahvar, M. Pourmohammad Privitera, P. Prouza, M. Querchfeld, S. Rautenberg, J. Ravignani, D. Akim, J. V. Reginatto Reininghaus, M. Reuzki, A. Ridky, J. Riehn, F. Risse, M. Rizi, V. de Carvalho, W. Rodrigues Rodriguez, E. Rojo, J. Rodriguez Roncoroni, M. J. Rossoni, S. Roth, M. Roulet, E. Rovero, A. C. Saftoiu, A. Saharan, M. Salamida, F. Salazar, H. Salina, G. Gomez, J. D. Sanabria 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. Peixoto, C. J. Todero Tomé, B. Torrès, Z. Travaini, A. Travnicek, P. Tueros, M. Unger, M. Uzeiroska, R. Vaclavek, L. Vacula, M. Galicia, J. F. Valdés Valore, L. Varela, E. Vašíčková, V. Vásquez-Ramírez, A. Veberič, D. Quispe, I. D. Vergara 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.
author_facet	The Pierre Auger Collaboration Halim, A. Abdul Abreu, P. Aglietta, M. Allekotte, I. Cheminant, K. Almeida Almela, A. Aloisio, R. Alvarez-Muñiz, J. Yebra, J. Ammerman Anastasi, G. A. Anchordoqui, L. Andrada, B. Dourado, L. Andrade Andringa, S. Apollonio, L. Aramo, C. Ferreira, P. R. Araújo Arnone, E. Velázquez, J. C. Arteaga Assis, P. Avila, G. Avocone, E. Bakalova, A. Barbato, F. Mocellin, A. Bartz 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. Arbeletche, L. Bonneau Borodai, N. Brack, J. Orchera, P. G. Brichetto 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. Cerutti, A. C. Cobos Colalillo, R. Coluccia, M. R. Conceição, R. Condorelli, A. Consolati, G. Conte, M. Convenga, F. Santos, D. Correia dos Costa, P. J. Covault, C. E. Cristinziani, M. Sanchez, C. S. Cruz Dasso, S. Daumiller, K. Dawson, B. R. de Almeida, R. M. de Errico, B. de Jesús, J. de Jong, S. J. Neto, J. R. T. de Mello De Mitri, I. de Oliveira, J. Franco, D. de Oliveira 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. Mendes, L. M. Domingues Dorosti, Q. Anjos, J. C. dos Anjos, R. C. dos 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. Berisso, M. Gómez Vitale, P. F. Gómez 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. Covilakam, V. V. Kizakke Klages, H. O. Kleifges, M. Knapp, F. Köhler, J. Krieger, F. Kunka, N. Lago, B. L. Langner, N. de Oliveira, M. A. Leigui Lema-Capeans, Y. Letessier-Selvon, A. Lhenry-Yvon, I. Lopes, L. Lu, L. Luce, Q. Lundquist, J. P. Payeras, A. Machado Majercakova, M. Mandat, D. Manning, B. C. Mantsch, P. Mariani, F. M. Mariazzi, A. G. Mariş, I. C. Marsella, G. Martello, D. Martinelli, S. Bravo, O. Martínez 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. Martins, E. E. Pereira Bertolli, C. Pérez Perrone, L. Petrera, S. Petrucci, C. Pierog, T. Pimenta, M. Platino, M. Pont, B. Pothast, M. Shahvar, M. Pourmohammad Privitera, P. Prouza, M. Querchfeld, S. Rautenberg, J. Ravignani, D. Akim, J. V. Reginatto Reininghaus, M. Reuzki, A. Ridky, J. Riehn, F. Risse, M. Rizi, V. de Carvalho, W. Rodrigues Rodriguez, E. Rojo, J. Rodriguez Roncoroni, M. J. Rossoni, S. Roth, M. Roulet, E. Rovero, A. C. Saftoiu, A. Saharan, M. Salamida, F. Salazar, H. Salina, G. Gomez, J. D. Sanabria 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. Peixoto, C. J. Todero Tomé, B. Torrès, Z. Travaini, A. Travnicek, P. Tueros, M. Unger, M. Uzeiroska, R. Vaclavek, L. Vacula, M. Galicia, J. F. Valdés Valore, L. Varela, E. Vašíčková, V. Vásquez-Ramírez, A. Veberič, D. Quispe, I. D. Vergara 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.
contents	We present measurements of the atmospheric depth of the shower maximum $X_\mathrm{max}$, inferred for the first time on an event-by-event level using the Surface Detector of the Pierre Auger Observatory. Using deep learning, we were able to extend measurements of the $X_\mathrm{max}$ distributions up to energies of 100 EeV ($10^{20}$ eV), not yet revealed by current measurements, providing new insights into the mass composition of cosmic rays at extreme energies. Gaining a 10-fold increase in statistics compared to the Fluorescence Detector data, we find evidence that the rate of change of the average $X_\mathrm{max}$ with the logarithm of energy features three breaks at $6.5\pm0.6~(\mathrm{stat})\pm1~(\mathrm{sys})$ EeV, $11\pm 2~(\mathrm{stat})\pm1~(\mathrm{sys})$ EeV, and $31\pm5~(\mathrm{stat})\pm3~(\mathrm{sys})$ EeV, in the vicinity to the three prominent features (ankle, instep, suppression) of the cosmic-ray flux. The energy evolution of the mean and standard deviation of the measured $X_\mathrm{max}$ distributions indicates that the mass composition becomes increasingly heavier and purer, thus being incompatible with a large fraction of light nuclei between 50 EeV and 100 EeV.
format	Preprint
id	arxiv_https___arxiv_org_abs_2406_06315
institution	arXiv
publishDate	2024
record_format	arxiv
spellingShingle	Inference of the Mass Composition of Cosmic Rays with energies from $\mathbf{10^{18.5}}$ to $\mathbf{10^{20}}$ eV using the Pierre Auger Observatory and Deep Learning The Pierre Auger Collaboration Halim, A. Abdul Abreu, P. Aglietta, M. Allekotte, I. Cheminant, K. Almeida Almela, A. Aloisio, R. Alvarez-Muñiz, J. Yebra, J. Ammerman Anastasi, G. A. Anchordoqui, L. Andrada, B. Dourado, L. Andrade Andringa, S. Apollonio, L. Aramo, C. Ferreira, P. R. Araújo Arnone, E. Velázquez, J. C. Arteaga Assis, P. Avila, G. Avocone, E. Bakalova, A. Barbato, F. Mocellin, A. Bartz 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. Arbeletche, L. Bonneau Borodai, N. Brack, J. Orchera, P. G. Brichetto 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. Cerutti, A. C. Cobos Colalillo, R. Coluccia, M. R. Conceição, R. Condorelli, A. Consolati, G. Conte, M. Convenga, F. Santos, D. Correia dos Costa, P. J. Covault, C. E. Cristinziani, M. Sanchez, C. S. Cruz Dasso, S. Daumiller, K. Dawson, B. R. de Almeida, R. M. de Errico, B. de Jesús, J. de Jong, S. J. Neto, J. R. T. de Mello De Mitri, I. de Oliveira, J. Franco, D. de Oliveira 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. Mendes, L. M. Domingues Dorosti, Q. Anjos, J. C. dos Anjos, R. C. dos 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. Berisso, M. Gómez Vitale, P. F. Gómez 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. Covilakam, V. V. Kizakke Klages, H. O. Kleifges, M. Knapp, F. Köhler, J. Krieger, F. Kunka, N. Lago, B. L. Langner, N. de Oliveira, M. A. Leigui Lema-Capeans, Y. Letessier-Selvon, A. Lhenry-Yvon, I. Lopes, L. Lu, L. Luce, Q. Lundquist, J. P. Payeras, A. Machado Majercakova, M. Mandat, D. Manning, B. C. Mantsch, P. Mariani, F. M. Mariazzi, A. G. Mariş, I. C. Marsella, G. Martello, D. Martinelli, S. Bravo, O. Martínez 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. Martins, E. E. Pereira Bertolli, C. Pérez Perrone, L. Petrera, S. Petrucci, C. Pierog, T. Pimenta, M. Platino, M. Pont, B. Pothast, M. Shahvar, M. Pourmohammad Privitera, P. Prouza, M. Querchfeld, S. Rautenberg, J. Ravignani, D. Akim, J. V. Reginatto Reininghaus, M. Reuzki, A. Ridky, J. Riehn, F. Risse, M. Rizi, V. de Carvalho, W. Rodrigues Rodriguez, E. Rojo, J. Rodriguez Roncoroni, M. J. Rossoni, S. Roth, M. Roulet, E. Rovero, A. C. Saftoiu, A. Saharan, M. Salamida, F. Salazar, H. Salina, G. Gomez, J. D. Sanabria 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. Peixoto, C. J. Todero Tomé, B. Torrès, Z. Travaini, A. Travnicek, P. Tueros, M. Unger, M. Uzeiroska, R. Vaclavek, L. Vacula, M. Galicia, J. F. Valdés Valore, L. Varela, E. Vašíčková, V. Vásquez-Ramírez, A. Veberič, D. Quispe, I. D. Vergara 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. High Energy Astrophysical Phenomena Instrumentation and Methods for Astrophysics We present measurements of the atmospheric depth of the shower maximum $X_\mathrm{max}$, inferred for the first time on an event-by-event level using the Surface Detector of the Pierre Auger Observatory. Using deep learning, we were able to extend measurements of the $X_\mathrm{max}$ distributions up to energies of 100 EeV ($10^{20}$ eV), not yet revealed by current measurements, providing new insights into the mass composition of cosmic rays at extreme energies. Gaining a 10-fold increase in statistics compared to the Fluorescence Detector data, we find evidence that the rate of change of the average $X_\mathrm{max}$ with the logarithm of energy features three breaks at $6.5\pm0.6~(\mathrm{stat})\pm1~(\mathrm{sys})$ EeV, $11\pm 2~(\mathrm{stat})\pm1~(\mathrm{sys})$ EeV, and $31\pm5~(\mathrm{stat})\pm3~(\mathrm{sys})$ EeV, in the vicinity to the three prominent features (ankle, instep, suppression) of the cosmic-ray flux. The energy evolution of the mean and standard deviation of the measured $X_\mathrm{max}$ distributions indicates that the mass composition becomes increasingly heavier and purer, thus being incompatible with a large fraction of light nuclei between 50 EeV and 100 EeV.
title	Inference of the Mass Composition of Cosmic Rays with energies from $\mathbf{10^{18.5}}$ to $\mathbf{10^{20}}$ eV using the Pierre Auger Observatory and Deep Learning
topic	High Energy Astrophysical Phenomena Instrumentation and Methods for Astrophysics
url	https://arxiv.org/abs/2406.06315