Search for a diffuse flux of photons with energies above tens of PeV at the Pierre Auger Observatory

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., Ambrosone, A., Yebra, J. Ammerman, Anastasi, G. A., Anchordoqui, L., Andrada, B., Dourado, L. Andrade, Andringa, S., Apollonio, L., Aramo, C., Arnone, E., Velázquez, J. C. Arteaga, Assis, P., Avila, G., Avocone, E., Bakalova, A., Barbato, F., Mocellin, A. Bartz, Bellido, J. A., Berat, C., Bertaina, M. E., Bianciotto, M., Biermann, P. L., Binet, V., Bismark, K., Bister, T., Biteau, J., Blazek, J., 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., Caraça-Valente, J., 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., 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 Boone, E. -T., 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., 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., Fernandes, A., Fick, B., Figueira, J. M., Filip, P., Filipčič, A., Fitoussi, T., Flaggs, B., Fodran, T., Freitas, M., Fujii, T., Fuster, A., Galea, C., García, B., Gaudu, C., Ghia, P. L., Giaccari, U., 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., 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., Kampert, K. -H., Keilhauer, B., Khakurdikar, A., Covilakam, V. V. Kizakke, Klages, H. O., Kleifges, M., Köhler, J., Krieger, F., Kubatova, M., Kunka, N., Lago, B. L., Langner, N., de Oliveira, M. A. Leigui, Lema-Capeans, Y., Letessier-Selvon, A., Lhenry-Yvon, I., Lopes, L., Lundquist, J. P., Payeras, A. Machado, Mallamaci, M., Mandat, D., Manning, B. C., Mantsch, P., Mariani, F. M., Mariazzi, A. G., Mariş, I. C., Marsella, G., Martello, D., Martinelli, S., 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., Mogarkar, M., 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., Novikov, A., Novotny, V., Nožka, L., Nucita, A., Núñez, L. A., Ochoa, J., Oliveira, C., Östman, L., 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., Shahvar, M. Pourmohammad, Privitera, P., Prouza, M., Pytel, K., Querchfeld, S., Rautenberg, J., Ravignani, D., Akim, J. V. Reginatto, Reuzki, A., Ridky, J., Riehn, F., Risse, M., Rizi, V., Rodriguez, E., Fernandez, G. Rodriguez, 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., Sampathkumar, P., Martin, N. San, Gomez, J. D. Sanabria, Sánchez, F., Santos, E. M., Santos, E., Sarazin, F., Sarmento, R., Sato, R., Savina, P., 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., 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., Travaini, A., Travnicek, P., Tueros, M., Unger, M., Uzeiroska, R., Vaclavek, L., Vacula, M., Vaiman, I., Galicia, J. F. Valdés, Valore, L., Varela, E., Vašíčková, V., Vásquez-Ramírez, A., Veberič, D., Quispe, I. D. Vergara, Verpoest, S., Verzi, V., Vicha, J., Vink, J., Vorobiov, S., Vuta, J. B., Watanabe, C., Watson, A. A., Weindl, A., Weitz, M., Wiencke, L., Wilczyński, H., Wittkowski, D., Wundheiler, B., Yue, B., Yushkov, A., Zas, E., Zavrtanik, D., Zavrtanik, M.
Format:	Preprint
Published:	2025
Subjects:	High Energy Astrophysical Phenomena
Online Access:	Acceder al recurso
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!

_version_	1866908634734133248
author	The Pierre Auger Collaboration Halim, A. Abdul Abreu, P. Aglietta, M. Allekotte, I. Cheminant, K. Almeida Almela, A. Aloisio, R. Alvarez-Muñiz, J. Ambrosone, A. Yebra, J. Ammerman Anastasi, G. A. Anchordoqui, L. Andrada, B. Dourado, L. Andrade Andringa, S. Apollonio, L. Aramo, C. Arnone, E. Velázquez, J. C. Arteaga Assis, P. Avila, G. Avocone, E. Bakalova, A. Barbato, F. Mocellin, A. Bartz Bellido, J. A. Berat, C. Bertaina, M. E. Bianciotto, M. Biermann, P. L. Binet, V. Bismark, K. Bister, T. Biteau, J. Blazek, J. 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. Caraça-Valente, J. 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. 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 Boone, E. -T. 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. 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. Fernandes, A. Fick, B. Figueira, J. M. Filip, P. Filipčič, A. Fitoussi, T. Flaggs, B. Fodran, T. Freitas, M. Fujii, T. Fuster, A. Galea, C. García, B. Gaudu, C. Ghia, P. L. Giaccari, U. 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. 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. Kampert, K. -H. Keilhauer, B. Khakurdikar, A. Covilakam, V. V. Kizakke Klages, H. O. Kleifges, M. Köhler, J. Krieger, F. Kubatova, M. Kunka, N. Lago, B. L. Langner, N. de Oliveira, M. A. Leigui Lema-Capeans, Y. Letessier-Selvon, A. Lhenry-Yvon, I. Lopes, L. Lundquist, J. P. Payeras, A. Machado Mallamaci, M. Mandat, D. Manning, B. C. Mantsch, P. Mariani, F. M. Mariazzi, A. G. Mariş, I. C. Marsella, G. Martello, D. Martinelli, S. 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. Mogarkar, M. 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. Novikov, A. Novotny, V. Nožka, L. Nucita, A. Núñez, L. A. Ochoa, J. Oliveira, C. Östman, L. 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. Shahvar, M. Pourmohammad Privitera, P. Prouza, M. Pytel, K. Querchfeld, S. Rautenberg, J. Ravignani, D. Akim, J. V. Reginatto Reuzki, A. Ridky, J. Riehn, F. Risse, M. Rizi, V. Rodriguez, E. Fernandez, G. Rodriguez 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. Sampathkumar, P. Martin, N. San Gomez, J. D. Sanabria Sánchez, F. Santos, E. M. Santos, E. Sarazin, F. Sarmento, R. Sato, R. Savina, P. 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. 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. Travaini, A. Travnicek, P. Tueros, M. Unger, M. Uzeiroska, R. Vaclavek, L. Vacula, M. Vaiman, I. Galicia, J. F. Valdés Valore, L. Varela, E. Vašíčková, V. Vásquez-Ramírez, A. Veberič, D. Quispe, I. D. Vergara Verpoest, S. Verzi, V. Vicha, J. Vink, J. Vorobiov, S. Vuta, J. B. Watanabe, C. Watson, A. A. Weindl, A. Weitz, M. Wiencke, L. Wilczyński, H. Wittkowski, D. Wundheiler, B. Yue, B. Yushkov, A. 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. Ambrosone, A. Yebra, J. Ammerman Anastasi, G. A. Anchordoqui, L. Andrada, B. Dourado, L. Andrade Andringa, S. Apollonio, L. Aramo, C. Arnone, E. Velázquez, J. C. Arteaga Assis, P. Avila, G. Avocone, E. Bakalova, A. Barbato, F. Mocellin, A. Bartz Bellido, J. A. Berat, C. Bertaina, M. E. Bianciotto, M. Biermann, P. L. Binet, V. Bismark, K. Bister, T. Biteau, J. Blazek, J. 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. Caraça-Valente, J. 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. 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 Boone, E. -T. 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. 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. Fernandes, A. Fick, B. Figueira, J. M. Filip, P. Filipčič, A. Fitoussi, T. Flaggs, B. Fodran, T. Freitas, M. Fujii, T. Fuster, A. Galea, C. García, B. Gaudu, C. Ghia, P. L. Giaccari, U. 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. 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. Kampert, K. -H. Keilhauer, B. Khakurdikar, A. Covilakam, V. V. Kizakke Klages, H. O. Kleifges, M. Köhler, J. Krieger, F. Kubatova, M. Kunka, N. Lago, B. L. Langner, N. de Oliveira, M. A. Leigui Lema-Capeans, Y. Letessier-Selvon, A. Lhenry-Yvon, I. Lopes, L. Lundquist, J. P. Payeras, A. Machado Mallamaci, M. Mandat, D. Manning, B. C. Mantsch, P. Mariani, F. M. Mariazzi, A. G. Mariş, I. C. Marsella, G. Martello, D. Martinelli, S. 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. Mogarkar, M. 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. Novikov, A. Novotny, V. Nožka, L. Nucita, A. Núñez, L. A. Ochoa, J. Oliveira, C. Östman, L. 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. Shahvar, M. Pourmohammad Privitera, P. Prouza, M. Pytel, K. Querchfeld, S. Rautenberg, J. Ravignani, D. Akim, J. V. Reginatto Reuzki, A. Ridky, J. Riehn, F. Risse, M. Rizi, V. Rodriguez, E. Fernandez, G. Rodriguez 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. Sampathkumar, P. Martin, N. San Gomez, J. D. Sanabria Sánchez, F. Santos, E. M. Santos, E. Sarazin, F. Sarmento, R. Sato, R. Savina, P. 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. 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. Travaini, A. Travnicek, P. Tueros, M. Unger, M. Uzeiroska, R. Vaclavek, L. Vacula, M. Vaiman, I. Galicia, J. F. Valdés Valore, L. Varela, E. Vašíčková, V. Vásquez-Ramírez, A. Veberič, D. Quispe, I. D. Vergara Verpoest, S. Verzi, V. Vicha, J. Vink, J. Vorobiov, S. Vuta, J. B. Watanabe, C. Watson, A. A. Weindl, A. Weitz, M. Wiencke, L. Wilczyński, H. Wittkowski, D. Wundheiler, B. Yue, B. Yushkov, A. Zas, E. Zavrtanik, D. Zavrtanik, M.
contents	Diffuse photons of energy above 0.1 PeV, produced through the interactions between cosmic rays and either interstellar matter or background radiation fields, are powerful tracers of the distribution of cosmic rays in the Galaxy. Furthermore, the measurement of a diffuse photon flux would be an important probe to test models of super-heavy dark matter decaying into gamma-rays. In this work, we search for a diffuse photon flux in the energy range between 50 PeV and 200 PeV using data from the Pierre Auger Observatory. For the first time, we combine the air-shower measurements from a 2 km$^2$ surface array consisting of 19 water-Cherenkov surface detectors, spaced at 433 m, with the muon measurements from an array of buried scintillators placed in the same area. Using 15 months of data, collected while the array was still under construction, we derive upper limits to the integral photon flux ranging from 13.3 to 13.8 km$^{-2}$ sr$^{-1}$ yr$^{-1}$ above tens of PeV. We extend the Pierre Auger Observatory photon search program towards lower energies, covering more than three decades of cosmic-ray energy. This work lays the foundation for future diffuse photon searches: with the data from the next 10 years of operation of the Observatory, this limit is expected to improve by a factor of $\sim$20.
format	Preprint
id	arxiv_https___arxiv_org_abs_2502_02381
institution	arXiv
publishDate	2025
record_format	arxiv
spellingShingle	Search for a diffuse flux of photons with energies above tens of PeV at the Pierre Auger Observatory The Pierre Auger Collaboration Halim, A. Abdul Abreu, P. Aglietta, M. Allekotte, I. Cheminant, K. Almeida Almela, A. Aloisio, R. Alvarez-Muñiz, J. Ambrosone, A. Yebra, J. Ammerman Anastasi, G. A. Anchordoqui, L. Andrada, B. Dourado, L. Andrade Andringa, S. Apollonio, L. Aramo, C. Arnone, E. Velázquez, J. C. Arteaga Assis, P. Avila, G. Avocone, E. Bakalova, A. Barbato, F. Mocellin, A. Bartz Bellido, J. A. Berat, C. Bertaina, M. E. Bianciotto, M. Biermann, P. L. Binet, V. Bismark, K. Bister, T. Biteau, J. Blazek, J. 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. Caraça-Valente, J. 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. 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 Boone, E. -T. 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. 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. Fernandes, A. Fick, B. Figueira, J. M. Filip, P. Filipčič, A. Fitoussi, T. Flaggs, B. Fodran, T. Freitas, M. Fujii, T. Fuster, A. Galea, C. García, B. Gaudu, C. Ghia, P. L. Giaccari, U. 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. 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. Kampert, K. -H. Keilhauer, B. Khakurdikar, A. Covilakam, V. V. Kizakke Klages, H. O. Kleifges, M. Köhler, J. Krieger, F. Kubatova, M. Kunka, N. Lago, B. L. Langner, N. de Oliveira, M. A. Leigui Lema-Capeans, Y. Letessier-Selvon, A. Lhenry-Yvon, I. Lopes, L. Lundquist, J. P. Payeras, A. Machado Mallamaci, M. Mandat, D. Manning, B. C. Mantsch, P. Mariani, F. M. Mariazzi, A. G. Mariş, I. C. Marsella, G. Martello, D. Martinelli, S. 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. Mogarkar, M. 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. Novikov, A. Novotny, V. Nožka, L. Nucita, A. Núñez, L. A. Ochoa, J. Oliveira, C. Östman, L. 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. Shahvar, M. Pourmohammad Privitera, P. Prouza, M. Pytel, K. Querchfeld, S. Rautenberg, J. Ravignani, D. Akim, J. V. Reginatto Reuzki, A. Ridky, J. Riehn, F. Risse, M. Rizi, V. Rodriguez, E. Fernandez, G. Rodriguez 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. Sampathkumar, P. Martin, N. San Gomez, J. D. Sanabria Sánchez, F. Santos, E. M. Santos, E. Sarazin, F. Sarmento, R. Sato, R. Savina, P. 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. 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. Travaini, A. Travnicek, P. Tueros, M. Unger, M. Uzeiroska, R. Vaclavek, L. Vacula, M. Vaiman, I. Galicia, J. F. Valdés Valore, L. Varela, E. Vašíčková, V. Vásquez-Ramírez, A. Veberič, D. Quispe, I. D. Vergara Verpoest, S. Verzi, V. Vicha, J. Vink, J. Vorobiov, S. Vuta, J. B. Watanabe, C. Watson, A. A. Weindl, A. Weitz, M. Wiencke, L. Wilczyński, H. Wittkowski, D. Wundheiler, B. Yue, B. Yushkov, A. Zas, E. Zavrtanik, D. Zavrtanik, M. High Energy Astrophysical Phenomena Diffuse photons of energy above 0.1 PeV, produced through the interactions between cosmic rays and either interstellar matter or background radiation fields, are powerful tracers of the distribution of cosmic rays in the Galaxy. Furthermore, the measurement of a diffuse photon flux would be an important probe to test models of super-heavy dark matter decaying into gamma-rays. In this work, we search for a diffuse photon flux in the energy range between 50 PeV and 200 PeV using data from the Pierre Auger Observatory. For the first time, we combine the air-shower measurements from a 2 km$^2$ surface array consisting of 19 water-Cherenkov surface detectors, spaced at 433 m, with the muon measurements from an array of buried scintillators placed in the same area. Using 15 months of data, collected while the array was still under construction, we derive upper limits to the integral photon flux ranging from 13.3 to 13.8 km$^{-2}$ sr$^{-1}$ yr$^{-1}$ above tens of PeV. We extend the Pierre Auger Observatory photon search program towards lower energies, covering more than three decades of cosmic-ray energy. This work lays the foundation for future diffuse photon searches: with the data from the next 10 years of operation of the Observatory, this limit is expected to improve by a factor of $\sim$20.
title	Search for a diffuse flux of photons with energies above tens of PeV at the Pierre Auger Observatory
topic	High Energy Astrophysical Phenomena
url	https://arxiv.org/abs/2502.02381