Upper limit on the cosmic-ray photon fraction at EeV energies from the Pierre Auger Observatory

J. Abraham, P. Abreu, M. Aglietta, C. Aguirre, E. J. Ahn, D. Allard, I. Allekotte, J. Allen, P. Allison, J. Alvarez-Muñiz, M. Ambrosio, L. Anchordoqui, S. Andringa, A. Anzalone, C. Aramo, S. Argiró, K. Arisaka, F. Arneodo, F. Arqueros, T. AschH. Asorey, P. Assis, J. Aublin, M. Ave, G. Avila, T. Bäcker, D. Badagnani, K. B. Barber, A. F. Barbosa, S. L C Barroso, B. Baughman, P. Bauleo, J. J. Beatty, T. Beau, B. R. Becker, K. H. Becker, A. Bellétoile, J. A. Bellido, S. BenZvi, C. Berat, P. Bernardini, X. Bertou, P. L. Biermann, P. Billoir, O. Blanch-Bigas, F. Blanco, C. Bleve, H. Blümer, M. Boháčová, C. Bonifazi, R. Bonino, J. Brack, P. Brogueira, W. C. Brown, R. Bruijn, P. Buchholz, A. Bueno, R. E. Burton, N. G. Busca, K. S. Caballero-Mora, L. Caramete, R. Caruso, W. Carvalho, A. Castellina, O. Catalano, L. Cazon, R. Cester, J. Chauvin, A. Chiavassa, J. A. Chinellato, A. Chou, J. Chudoba, J. Chye, R. W. Clay, E. Colombo, R. Conceição, B. Connolly, F. Contreras, J. Coppens, A. Cordier, U. Cotti, S. Coutu, C. E. Covault, A. Creusot, A. Criss, J. Cronin, A. Curutiu, S. Dagoret-Campagne, K. Daumiller, B. R. Dawson, R. M. de Almeida, M. De Domenico, C. De Donato, S. J. de Jong, G. De La Vega, W. J M de Mello, J. R T de Mello Neto, I. De Mitri, V. de Souza, G. Decerprit, L. del Peral, O. Deligny, A. Della Selva, C. Delle Fratte, H. Dembinski, C. Di Giulio, J. C. Diaz, P. N. Diep, C. Dobrigkeit, J. C. D'Olivo, P. N. Dong, D. Dornic, A. Dorofeev, J. C. dos Anjos, M. T. Dova, D. D'Urso, I. Dutan, M. A. DuVernois, R. Engel, M. Erdmann, C. O. Escobar, A. Etchegoyen, P. Facal San Luis, H. Falcke, G. Farrar, A. C. Fauth, N. Fazzini, F. Ferrer, A. Ferrero, B. Fick, A. Filevich, A. Filipčič, I. Fleck, S. Fliescher, C. E. Fracchiolla, E. D. Fraenkel, W. Fulgione, R. F. Gamarra, S. Gambetta, B. García, D. García Gámez, D. Garcia-Pinto, X. Garrido, G. Gelmini, H. Gemmeke, P. L. Ghia, U. Giaccari, M. Giller, H. Glass, L. M. Goggin, M. S. Gold, G. Golup, F. Gomez Albarracin, M. Gómez Berisso, P. Gonçalves, M. Gonçalves do Amaral, D. Gonzalez, J. G. Gonzalez, D. Góra, A. Gorgi, P. Gouffon, S. Grebe, M. Grigat, A. F. Grillo, Y. Guardincerri, F. Guarino, G. P. Guedes, J. Gutiérrez, J. D. Hague, V. Halenka, P. Hansen, D. Harari, S. Harmsma, J. L. Harton, A. Haungs, M. D. Healy, T. Hebbeker, G. Hebrero, D. Heck, C. Hojvat, V. C. Holmes, P. Homola, J. R. Hörandel, A. Horneffer, M. Hrabovský, T. Huege, M. Hussain, M. Iarlori, A. Insolia, F. Ionita, A. Italiano, S. Jiraskova, M. Kaducak, K. H. Kampert, T. Karova, P. Kasper, B. Kégl, B. Keilhauer, E. Kemp, R. M. Kieckhafer, H. O. Klages, M. Kleifges, J. Kleinfeller, R. Knapik, J. Knapp, D. H. Koang, A. Krieger, O. Krömer, D. Kruppke, D. Kuempel, N. Kunka, A. Kusenko, G. La Rosa, C. Lachaud, B. L. Lago, M. S A B Leão, D. Lebrun, P. Lebrun, J. Lee, M. A. Leigui de Oliveira, A. Lemiere, A. Letessier-Selvon, M. Leuthold, I. Lhenry-Yvon, R. López, A. Lopez Agüera, J. Lozano Bahilo, A. Lucero, R. Luna García, M. C. Maccarone, C. Macolino, S. Maldera, D. Mandat, P. Mantsch, A. G. Mariazzi, I. C. Maris, H. R. Marquez Falcon, D. Martello, J. Martínez, O. Martínez Bravo, H. J. Mathes, J. Matthews, J. A J Matthews, G. Matthiae, D. Maurizio, P. O. Mazur, M. McEwen, R. R. McNeil, G. Medina-Tanco, M. Melissas, D. Melo, E. Menichetti, A. Menshikov, R. Meyhandan, M. I. Micheletti, G. Miele, W. Miller, L. Miramonti, S. Mollerach, M. Monasor, D. Monnier Ragaigne, F. Montanet, B. Morales, C. Morello, J. C. Moreno, C. Morris, M. Mostafá, S. Mueller, M. A. Mueller, R. Mussa, G. Navarra, J. L. Navarro, S. Navas, P. Necesal, L. Nellen, C. Newman-Holmes, D. Newton, P. T. Nhung, N. Nierstenhoefer, D. Nitz, D. Nosek, L. Nožka, J. Oehlschläger, A. Olinto, V. M. Olmos-Gilbaja, M. Ortiz, F. Ortolani, N. Pacheco, D. Pakk Selmi-Dei, M. Palatka, J. Pallotta, G. Parente, E. Parizot, S. Parlati, S. Pastor, M. Patel, T. Paul, V. Pavlidou, K. Payet, M. Pech, J. Pȩkala, R. Pelayo, I. M. Pepe, L. Perrone, R. Pesce, E. Petermann, S. Petrera, P. Petrinca, A. Petrolini, Y. Petrov, J. Petrovic, C. Pfendner, A. Pichel, R. Piegaia, T. Pierog, M. Pimenta, T. Pinto, V. Pirronello, O. Pisanti, M. Platino, J. Pochon, V. H. Ponce, M. Pontz, P. Privitera, M. Prouza, E. J. Quel, J. Rautenberg, D. Ravignani, A. Redondo, S. Reucroft, B. Revenu, F. A S Rezende, J. Ridky, S. Riggi, M. Risse, C. Rivière, V. Rizi, C. Robledo, G. Rodriguez, J. Rodriguez Martino, J. Rodriguez Rojo, I. Rodriguez-Cabo, M. D. Rodríguez-Frías, G. Ros, J. Rosado, M. Roth, B. Rouillé-d'Orfeuil, E. Roulet, A. C. Rovero, F. Salamida, H. Salazar, G. Salina, F. Sánchez, M. Santander, C. E. Santo, E. M. Santos, F. Sarazin, S. Sarkar, R. Sato, N. Scharf, V. Scherini, H. Schieler, P. Schiffer, A. Schmidt, F. Schmidt, T. Schmidt, O. Scholten, H. Schoorlemmer, J. Schovancova, P. Schovánek, F. Schroeder, S. Schulte, F. Schüssler, D. Schuster, S. J. Sciutto, M. Scuderi, A. Segreto, D. Semikoz, M. Settimo, R. C. Shellard, I. Sidelnik, B. B. Siffert, N. Smetniansky De Grande, A. Smiałkowski, R. Šmída, B. E. Smith, G. R. Snow, P. Sommers, J. Sorokin, H. Spinka, R. Squartini, E. Strazzeri, A. Stutz, F. Suarez, T. Suomijärvi, A. D. Supanitsky, M. S. Sutherland, J. Swain, Z. Szadkowski, A. Tamashiro, A. Tamburro, T. Tarutina, O. Taşcǎu, R. Tcaciuc, D. Tcherniakhovski, N. T. Thao, D. Thomas, R. Ticona, J. Tiffenberg, C. Timmermans, W. Tkaczyk, C. J. Todero Peixoto, B. Tomé, A. Tonachini, I. Torres, P. Travnicek, D. B. Tridapalli, G. Tristram, E. Trovato, V. Tuci, M. Tueros, R. Ulrich, M. Unger, M. Urban, J. F. Valdés Galicia, I. Valiño, L. Valore, A. M. van den Berg, R. A. Vázquez, D. Veberič, A. Velarde, T. Venters, V. Verzi, M. Videla, L. Villaseñor, S. Vorobiov, L. Voyvodic, H. Wahlberg, P. Wahrlich, O. Wainberg, D. Warner, A. A. Watson, S. Westerhoff, B. J. Whelan, G. Wieczorek, L. Wiencke, B. Wilczyńska, H. Wilczyński, C. Wileman, M. G. Winnick, H. Wu, B. Wundheiler, P. Younk, G. Yuan, E. Zas, D. Zavrtanik, M. Zavrtanik, I. Zaw, A. Zepeda, M. Ziolkowski

Research output: Contribution to journalArticlepeer-review

146 Scopus citations

Abstract

From direct observations of the longitudinal development of ultra-high energy air showers performed with the Pierre Auger Observatory, upper limits of 3.8%, 2.4%, 3.5% and 11.7% (at 95% c.l.) are obtained on the fraction of cosmic-ray photons above 2, 3, 5 and 10 EeV (1 EeV ≡ 1018 eV), respectively. These are the first experimental limits on ultra-high energy photons at energies below 10 EeV. The results complement previous constraints on top-down models from array data and they reduce systematic uncertainties in the interpretation of shower data in terms of primary flux, nuclear composition and proton-air cross-section.

Original languageEnglish (US)
Pages (from-to)399-406
Number of pages8
JournalAstroparticle Physics
Volume31
Issue number6
DOIs
StatePublished - Jul 2009

Bibliographical note

Funding Information:
We are very grateful to the following agencies and organizations for financial support: Comisión Nacional de Energía Atómica, Fundación Antorchas, Gobierno De La Provincia de Mendoza, Municipalidad de Malargüe, NDM Holdings and Valle Las Leñas, in gratitude for their continuing cooperation over land access, Argentina; the Australian Research Council; Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP), Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Rio de Janeiro (FAPERJ), Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), Ministério de Ciência e Tecnologia (MCT), Brazil; AVCR AV0Z10100502 and AV0Z10100522, GAAV KJB300100801 and KJB100100904, MSMT-CR LA08016, LC527, 1M06002, and MSM0021620859, Czech Republic; Centre de Calcul IN2P3/CNRS, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Conseil Régional Ile-de-France, Département Physique Nucléaire et Corpusculaire (PNC-IN2P3/CNRS), Département Sciences de l’Univers (SDU-INSU/CNRS), France; Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Finanzministerium Baden-Württemberg, Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren (HGF), Ministerium für Wissenschaft und Forschung, Nordrhein-Westfalen, Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst, Baden-Württemberg, Germany; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca (MIUR), Italy; Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), Mexico; Ministerie van Onderwijs, Cultuur en Wetenschap, Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO), Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM), Netherlands; Ministry of Science and Higher Education, Grant Nos. 1 P03 D 014 30, N202 090 31/0623, and PAP/218/2006, Poland; Fundação para a Ciência e a Tecnologia, Portugal; Ministry for Higher Education, Science, and Technology, Slovenian Research Agency, Slovenia; Comunidad de Madrid, Consejería de Educación de la Comunidad de Castilla La Mancha, FEDER funds, Ministerio de Ciencia e Innovación, Xunta de Galicia, Spain; Science and Technology Facilities Council, United Kingdom; Department of Energy, Contract No. DE-AC02-07CH11359, National Science Foundation, Grant No. 0450696, The Grainger Foundation USA; ALFA-EC/ HELEN, European Union 6th Framework Program, Grant No. MEIF-CT-2005-025057, and UNESCO.

Fingerprint

Dive into the research topics of 'Upper limit on the cosmic-ray photon fraction at EeV energies from the Pierre Auger Observatory'. Together they form a unique fingerprint.

Cite this