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

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 (Xmax), 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.
Authors:
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Publication Date:
Report Number(s):
arXiv:1409.5083; FERMILAB-PUB-14-347-AD-AE-CD-TD
Journal ID: ISSN 1550-7998; 1317628
Grant/Contract Number:
AC02-07CH11359; FR02-04ER41300; FG02-99ER41107
Type:
Accepted Manuscript
Journal Name:
Physical Review. D, Particles, Fields, Gravitation and Cosmology
Additional Journal Information:
Journal Volume: 90; Journal Issue: 12; Journal ID: ISSN 1550-7998
Publisher:
American Physical Society (APS)
Research Org:
Fermi National Accelerator Lab. (FNAL), Batavia, IL (United States)
Sponsoring Org:
USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP) (SC-25)
Contributing Orgs:
Pierre Auger Collaboration
Country of Publication:
United States
Language:
English
Subject:
79 ASTRONOMY AND ASTROPHYSICS
OSTI Identifier:
1304782
Alternate Identifier(s):
OSTI ID: 1214418