An upper limit to the photon fraction in cosmic rays above 1019 eV from the Pierre Auger Observatory

J. Abraham, M. Aglietta, C. Aguirre, D. Allard, I. Allekotte, P. Allison, C. Alvarez, J. Alvarez-Muñiz, M. Ambrosio, L. Anchordoqui, J. C. Anjos, C. Aramo, K. Arisaka, E. Armengaud, F. Arneodo, F. Arqueros, T. Asch, H. Asorey, B. S. Atulugama, J. AublinM. Ave, G. Avila, J. Bacelar, T. Bäcker, D. Badagnani, A. F. Barbosa, H. M.J. Barbosa, M. Barkhausen, D. Barnhill, S. L.C. Barroso, P. Bauleo, J. Beatty, T. Beau, B. R. Becker, K. H. Becker, J. A. Bellido, S. BenZvi, C. Berat, T. Bergmann, P. Bernardini, X. Bertou, P. L. Biermann, P. Billoir, O. Blanch-Bigas, F. Blanco, P. Blasi, C. Bleve, H. Blümer, P. Boghrat, M. Boháčová, C. Bonifazi, R. Bonino, M. Boratav, J. Brack, J. M. Brunet, P. Buchholz, N. G. Busca, K. S. Caballero-Mora, B. Cai, D. V. Camin, J. N. Capdevielle, R. Caruso, A. Castellina, G. Cataldi, L. Cazón, R. Cester, J. Chauvin, A. Chiavassa, J. A. Chinellato, A. Chou, J. Chye, D. Claes, P. D.J. Clark, R. W. Clay, S. B. Clay, B. Connolly, A. Cordier, U. Cotti, S. Coutu, C. E. Covault, J. Cronin, S. Dagoret-Campagne, T. Dang Quang, P. Darriulat, K. Daumiller, B. R. Dawson, R. M. de Almeida, L. A. de Carvalho, C. De Donato, S. J. de Jong, W. J.M. de Mello, J. R.T. de Mello Neto, I. De Mitri, M. A.L. de Oliveira, V. de Souza, L. del Peral, O. Deligny, A. Della Selva, C. Delle Fratte, H. Dembinski, C. Di Giulio, J. C. Diaz, C. Dobrigkeit, J. C. D'Olivo, D. Dornic, A. Dorofeev, M. T. Dova, D. D'Urso, M. A. DuVernois, R. Engel, L. Epele, M. Erdmann, C. O. Escobar, A. Etchegoyen, A. Ewers, P. Facal San Luis, H. Falcke, A. C. Fauth, D. Fazio, N. Fazzini, A. Fernández, F. Ferrer, S. Ferry, B. Fick, A. Filevich, A. Filipčič, I. Fleck, E. Fokitis, R. Fonte, D. Fuhrmann, W. Fulgione, B. García, D. Garcia-Pinto, L. Garrard, X. Garrido, H. Geenen, G. Gelmini, H. Gemmeke, A. Geranios, P. L. Ghia, M. Giller, J. Gitto, H. Glass, F. Gobbi, M. S. Gold, F. Gomez Albarracin, M. Gómez Berisso, R. Gómez Herrero, M. Gonçalves do Amaral, J. P. Gongora, D. Gonzalez, J. G. Gonzalez, M. González, D. Góra, A. Gorgi, P. Gouffon, V. Grassi, A. Grillo, C. Grunfeld, C. Grupen, F. Guarino, G. P. Guedes, J. Gutiérrez, J. D. Hague, J. C. Hamilton, M. N. Harakeh, D. Harari, S. Harmsma, S. Hartmann, J. L. Harton, M. D. Healy, T. Hebbeker, D. Heck, C. Hojvat, P. Homola, J. Hörandel, A. Horneffer, M. Horvat, M. Hrabovský, M. Iarlori, A. Insolia, M. Kaducak, O. Kalashev, K. H. Kampert, B. Keilhauer, E. Kemp, H. O. Klages, M. Kleifges, J. Kleinfeller, R. Knapik, J. Knapp, D. H. Koang, Y. Kolotaev, A. Kopmann, O. Krömer, S. Kuhlman, J. Kuijpers, N. Kunka, A. Kusenko, C. Lachaud, B. L. Lago, D. Lebrun, P. LeBrun, J. Lee, A. Letessier-Selvon, M. Leuthold, I. Lhenry-Yvon, G. Longo, R. López, A. Lopez Agüera, A. Lucero, S. Maldera, M. Malek, S. Maltezos, G. Mancarella, M. E. Manceñido, D. Mandat, P. Mantsch, A. G. Mariazzi, I. C. Maris, D. Martello, N. Martinez, J. Martínez, O. Martínez, H. J. Mathes, J. Matthews, J. A.J. Matthews, G. Matthiae, G. Maurin, D. Maurizio, P. O. Mazur, T. McCauley, M. McEwen, R. R. McNeil, G. Medina, M. C. Medina, G. Medina Tanco, A. Meli, D. Melo, E. Menichetti, A. Menshikov, Chr Meurer, R. Meyhandan, M. I. Micheletti, G. Miele, W. Miller, S. Mollerach, M. Monasor, D. Monnier Ragaigne, F. Montanet, B. Morales, C. Morello, E. Moreno, C. Morris, M. Mostafá, M. A. Muller, R. Mussa, G. Navarra, L. Nellen, C. Newman-Holmes, D. Newton, T. Nguyen Thi, R. Nichol, N. Nierstenhöfer, D. Nitz, H. Nogima, D. Nosek, L. Nožka, J. Oehlschläger, T. Ohnuki, A. Olinto, L. F.A. Oliveira, V. M. Olmos-Gilbaja, M. Ortiz, S. Ostapchenko, L. Otero, M. Palatka, J. Pallotta, G. Parente, E. Parizot, S. Parlati, M. Patel, T. Paul, K. Payet, M. Pech, J. Pȩkala, R. Pelayo, I. M. Pepe, L. Perrone, S. Petrera, P. Petrinca, Y. Petrov, D. Pham Ngoc, T. N. Pham Thi, R. Piegaia, T. Pierog, O. Pisanti, T. A. Porter, J. Pouryamout, L. Prado, P. Privitera, M. Prouza, E. J. Quel, J. Rautenberg, H. C. Reis, S. Reucroft, B. Revenu, J. Řídký, A. Risi, M. Risse, C. Rivière, V. Rizi, S. Robbins, M. Roberts, C. Robledo, G. Rodriguez, D. Rodríguez Frías, J. Rodriguez Martino, J. Rodriguez Rojo, G. Ros, J. Rosado, M. Roth, C. Roucelle, B. Rouillé-d'Orfeuil, E. Roulet, A. C. Rovero, F. Salamida, H. Salazar, G. Salina, F. Sánchez, M. Santander, E. M. Santos, S. Sarkar, R. Sato, V. Scherini, T. Schmidt, O. Scholten, P. Schovánek, F. Schüssler, S. J. Sciutto, M. Scuderi, D. Semikoz, G. Sequeiros, R. C. Shellard, B. B. Siffert, G. Sigl, P. Skelton, W. Slater, N. Smetniansky De Grande, A. Smiałkowski, R. Šmída, B. E. Smith, G. R. Snow, P. Sokolsky, P. Sommers, J. Sorokin, H. Spinka, E. Strazzeri, A. Stutz, F. Suarez, T. Suomijärvi, A. D. Supanitsky, J. Swain, Z. Szadkowski, A. Tamashiro, A. Tamburro, O. Tascau, R. Ticona, C. Timmermans, W. Tkaczyk, C. J. Todero Peixoto, A. Tonachini, D. Torresi, P. Travnicek, A. Tripathi, G. Tristram, D. Tscherniakhovski, M. Tueros, V. Tunnicliffe, R. Ulrich, M. Unger, M. Urban, J. F. Valdés Galicia, I. Valiño, L. Valore, A. M. van den Berg, V. van Elewyck, R. A. Vazquez, D. Veberič, A. Veiga, A. Velarde, T. Venters, V. Verzi, M. Videla, L. Villaseñor, T. Vo Van, S. Vorobiov, L. Voyvodic, H. Wahlberg, O. Wainberg, T. Waldenmaier, P. Walker, D. Warner, A. A. Watson, S. Westerhoff, C. Wiebusch, G. Wieczorek, L. Wiencke, B. Wilczyńska, H. Wilczyński, C. Wileman, M. G. Winnick, J. Xu, T. Yamamoto, P. Younk, E. Zas, D. Zavrtanik, M. Zavrtanik, A. Zech, A. Zepeda, M. Zha, M. Ziolkowski

Research output: Contribution to journalArticlepeer-review

118 Scopus citations

Abstract

An upper limit of 16% (at 95% c.l.) is derived for the photon fraction in cosmic rays with energies greater than 1019 eV, based on observations of the depth of shower maximum performed with the hybrid detector of the Pierre Auger Observatory. This is the first such limit on photons obtained by observing the fluorescence light profile of air showers. This upper limit confirms and improves on previous results from the Haverah Park and AGASA surface arrays. Additional data recorded with the Auger surface detectors for a subset of the event sample support the conclusion that a photon origin of the observed events is not favored.

Original languageEnglish
Pages (from-to)155-168
Number of pages14
JournalAstroparticle Physics
Volume27
Issue number2-3
DOIs
StatePublished - Mar 2007
Externally publishedYes

Bibliographical note

Funding Information:
We are very grateful to the following agencies and organisations for financial support: Gobierno de Mendoza, Comisión Nacional de Energia Atómica y Municipalidad de Malargüe, Argentina; the Australian Research Council; Fundacao de Amparo a Pesquisa do Estado de Sao Paulo, Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico and Fundacao de Amparo a Pesquisa do Estado de Rio de Janeiro, Brasil; National Science Foundation of China; Ministry of Education of the Czech Republic (projects LA134 and LN00A006); Centre National de la Recherche Scientifique, Institut National de Physique Nucléaire et Physique des Particules (IN2P3/CNRS), Institut National des Sciences de l’Univers (INSU/CNRS) et Conseil Régional Ile de France, France; German Ministry for Education and Research and Forschungszentrum Karlsruhe, Germany; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Italy; Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologia, Mexico; the Polish State Committee for Scientific Research (grant numbers 1P03D 01430, 2P03B 11024 and 2PO3D 01124), Poland; Slovenian Research Agency; Ministerio de Educación y Ciencia (FPA2003-08733-C02, 2004-01198), Xunta de Galicia (2003 PXIC20612PN, 2005 PXIC20604PN) and Feder Funds, Spain; Particle Physics and Astronomy Research Council, UK; the US Department of Energy, the US National Science Foundation, USA, and UNESCO. Partial support of ALFA-EC funds, in the framework of the HELEN Project, is gratefully acknowledged.

Keywords

  • Cosmic rays
  • Extensive air showers
  • Pierre Auger Observatory
  • Ultra-high energy photons

Fingerprint

Dive into the research topics of 'An upper limit to the photon fraction in cosmic rays above 1019 eV from the Pierre Auger Observatory'. Together they form a unique fingerprint.

Cite this