Cover Image

Measurement of the Depth of Maximum of Air-Shower Profiles with energies between $\mathbf{10^{18.5}}$ and $\mathbf{10^{20}}$ eV using the Surface Detector of the Pierre Auger Observatory and Deep Learning

Fuente: arXiv

Saved in:

Bibliographic Details
Main Authors:	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
Published:	2024
Subjects:	High Energy Astrophysical Phenomena Instrumentation and Methods for Astrophysics
Online Access:	Acceder al recurso
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!

_version_	1866929699435839488
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 report an investigation of the mass composition of cosmic rays with energies from 3 to 100 EeV (1 EeV=$10^{18}$ eV) using the distributions of the depth of shower maximum $X_\mathrm{max}$. The analysis relies on ${\sim}50,000$ events recorded by the Surface Detector of the Pierre Auger Observatory and a deep-learning-based reconstruction algorithm. Above energies of 5 EeV, the data set offers a 10-fold increase in statistics with respect to fluorescence measurements at the Observatory. After cross-calibration using the Fluorescence Detector, this enables the first measurement of the evolution of the mean and the standard deviation of the $X_\mathrm{max}$ distributions up to 100 EeV. Our findings are threefold: (1.) The evolution of the mean logarithmic mass towards a heavier composition with increasing energy can be confirmed and is extended to 100 EeV. (2.) The evolution of the fluctuations of $X_\mathrm{max}$ towards a heavier and purer composition with increasing energy can be confirmed with high statistics. We report a rather heavy composition and small fluctuations in $X_\mathrm{max}$ at the highest energies. (3.) We find indications for a characteristic structure beyond a constant change in the mean logarithmic mass, featuring three breaks that are observed in proximity to the ankle, instep, and suppression features in the energy spectrum.
format	Preprint
id	arxiv_https___arxiv_org_abs_2406_06319
institution	arXiv
publishDate	2024
record_format	arxiv
spellingShingle	Measurement of the Depth of Maximum of Air-Shower Profiles with energies between $\mathbf{10^{18.5}}$ and $\mathbf{10^{20}}$ eV using the Surface Detector of 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 report an investigation of the mass composition of cosmic rays with energies from 3 to 100 EeV (1 EeV=$10^{18}$ eV) using the distributions of the depth of shower maximum $X_\mathrm{max}$. The analysis relies on ${\sim}50,000$ events recorded by the Surface Detector of the Pierre Auger Observatory and a deep-learning-based reconstruction algorithm. Above energies of 5 EeV, the data set offers a 10-fold increase in statistics with respect to fluorescence measurements at the Observatory. After cross-calibration using the Fluorescence Detector, this enables the first measurement of the evolution of the mean and the standard deviation of the $X_\mathrm{max}$ distributions up to 100 EeV. Our findings are threefold: (1.) The evolution of the mean logarithmic mass towards a heavier composition with increasing energy can be confirmed and is extended to 100 EeV. (2.) The evolution of the fluctuations of $X_\mathrm{max}$ towards a heavier and purer composition with increasing energy can be confirmed with high statistics. We report a rather heavy composition and small fluctuations in $X_\mathrm{max}$ at the highest energies. (3.) We find indications for a characteristic structure beyond a constant change in the mean logarithmic mass, featuring three breaks that are observed in proximity to the ankle, instep, and suppression features in the energy spectrum.
title	Measurement of the Depth of Maximum of Air-Shower Profiles with energies between $\mathbf{10^{18.5}}$ and $\mathbf{10^{20}}$ eV using the Surface Detector of the Pierre Auger Observatory and Deep Learning
topic	High Energy Astrophysical Phenomena Instrumentation and Methods for Astrophysics
url	https://arxiv.org/abs/2406.06319