The second knee in the cosmic ray spectrum observed with the surface detector of the Pierre Auger Observatory

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Fecha

2024

Autores

Orquera G.B.; Abdul Halim A.; Abreu P.; Aglietta M.; Allekotte I.; Almeida Cheminant K.; Almela A.; Aloisio R.; Alvarez-Muñiz J.; Ammerman Yebra J.; Anastasi G.A.; Anchordoqui L.; Andrada B.; Andringa S.; Aramo C.; Araújo Ferreira P.R.; Arnone E.; Arteaga Velázquez J.C.; Asorey H.; Assis P.; Avila G.; Avocone E.; Badescu A.M.; Bakalova A.; Balaceanu A.; Barbato F.; Bartz Mocellin A.; Bellido J.A.; 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.; Bonneau Arbeletche L.; Borodai N.; Brack J.; Brichetto Orchera P.G.; Briechle F.L.; Bueno A.; Buitink S.; Buscemi M.; Büsken M.; Bwembya A.; Caballero-Mora K.S.; Cabana-Freire S.; Caccianiga L.; Caracas I.; Caruso R.; Castellina A.; Catalani F.; Cataldi G.; Cazon L.; Cerda M.; Cermenati A.; Chinellato J.A.; Chudoba J.; Chytka L.; Clay R.W.; Cobos Cerutti A.C.; Colalillo R.; Coleman A.; Coluccia M.R.; Conceição R.; Condorelli A.; Consolati G.; Conte M.; Convenga F.; Correia dos Santos D.; Costa P.J.; Covault C.E.; Cristinziani M.; Cruz Sanchez C.S.; Dasso S.; Daumiller K.; Dawson B.R.; de Almeida R.M.; de Jesús J.; de Jong S.J.; de Mello Neto J.R.T.; De Mitri I.; de Oliveira J.; de Oliveira Franco D.; de Palma F.; de Souza V.; De Vito E.; Del Popolo A.; Deligny O.; Denner N.; Deval L.; di Matteo A.; Dobre M.; Dobrigkeit C.; D’Olivo J.C.; Domingues Mendes L.M.; dos Anjos J.C.; dos Anjos R.C.; Ebr J.; Ellwanger F.; Emam M.; Engel R.; Epicoco I.; Erdmann M.; Etchegoyen A.; Evoli C.; Falcke H.; Farmer J.; Farrar G.; Fauth A.C.; Fazzini N.; Feldbusch F.; Fenu F.; Fernandes A.; Fick B.; Figueira J.M.; Filipčič A.; Fitoussi T.; Flaggs B.; Fodran T.; Fujii T.; Fuster A.; Galea C.; Galelli C.; García B.; Gaudu C.; Gemmeke H.; Gesualdi F.; Gherghel-Lascu A.; Ghia P.L.; Giaccari U.; Giammarchi M.; Glombitza J.; Gobbi F.; Gollan F.; Golup G.; Gómez Berisso M.; Gómez Vitale P.F.; Gongora J.P.; González J.M.; 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Zavrtanik M.

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Editor

et al.; Institute for Cosmic Ray Research (ICRR) Univeristy of Tokyo; International Union of Pure and Applied Physics (IUPAP); JPS; Nagoya Convention and Visitors Bureau; Nagoya University

Resumen

Descripción

The determination of the energy spectrum features with low systematic uncertainty is crucial for interpreting the nature of cosmic rays. In this study, we conducted a measurement of the energy spectrum at the Pierre Auger Observatory using a surface detector with a calorimetric energy scale indirectly set by a fluorescence detector. The surface detector consists of an array of water-Cherenkov detectors that extends over 3000 km2 with 1500 m spacing. Additionally, two nested arrays of the same kind with 750 m and 433 m spacing were utilized to lower the energy threshold of the measurements. This contribution presents, for the first time, the spectrum measured with the 433 m array, which reduces the energy threshold down to 63 PeV, nearly half the energy at which we previously published a steepening using the 750 m array. Our measurements include a characterization of the spectral features of the flux steepening around 230 PeV, known as the second-knee. The study benefits from a nearly 100% duty cycle and geometrical exposure. Notably, this is the first simultaneous measurement of the second knee energy and spectral indexes before and after the break, using a surface detector with an energy scale predominantly independent of air shower simulations and assumptions regarding hadronic interaction models. © Copyright owned by the author(s) under the terms of the Creative Commons.

Palabras clave

Cerenkov counters, Cosmic ray detectors, Cosmic ray measurement, Photons, Cosmic ray spectra, Energy scale, Energy spectrum, Energy thresholds, M-array, Measurements of, Pierre Auger observatory, Spectra features, Surface detectors, Systematic uncertainties, Cosmology

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http://hdl.handle.net/11407/8890

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