Measurement of the Depth of Maximum of Extensive Air Showers above<mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>18</mml:mn></mml:msup><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mtext> </mml:mtext><mml:mi>eV</mml:mi></mml:math>

J. Abraham(National Technological University), P. Abreu(University of Lisbon), M. Aglietta(University of Turin), E. J. Ahn(Fermi National Accelerator Laboratory), D. Allard(Université Paris Cité), I. Allekotte(Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas), Jeff Allen(New York University), Jaime Álvarez-Muñiz(New York University), M. Ambrosio(University of Naples Federico II), Luis A. Anchordoqui(University of Wisconsin–Milwaukee), S. Andringa(University of Lisbon), T. Antičić(Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas), A. Anzalone(Institute for Space Astrophysics and Planetology), C. Aramo(University of Naples Federico II), E. Arganda(Universidad Complutense de Madrid), K. Arisaka(University of California, Los Angeles), F. Arqueros(Universidad Complutense de Madrid), H. Asorey(Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas), P. Assis(University of Lisbon), J. Aublin(Sorbonne Université), M. Ave(Karlsruhe Institute of Technology), G. Ávila, T. Bäcker(Université Joseph Fourier), D. Badagnani(Universidad Nacional de La Plata), M. Balzer(Karlsruhe Institute of Technology), K. B. Barber, A.F. Barbosa(Universidad Complutense de Madrid), S. L. C. Barroso, B. M. Baughman(The Ohio State University), P. Bauleo(Colorado State University), J. J. Beatty, B. R. Becker(Colorado State University), K. Becker, A. Bellétoile, Jose A. Bellido(Colorado State University), S. BenZvi(University of Catania), C. Bérat(Université Joseph Fourier), T. Bergmann(Karlsruhe Institute of Technology), X. Bertou(Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas), Peter L. Biermann, P. Billoir(Sorbonne Université), O. Blanch-Bigas(Sorbonne Université), F. Blanco(Universidad Complutense de Madrid), F. Blanco(Universidad de Alcalá), C. Bleve(University of Salento), H. Blümer(Université Joseph Fourier), M. Boháčová(Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas), Denise Boncioli(University of Rome Tor Vergata), C. Bonifazi(Sorbonne Université), R. Bonino(University of Turin), Nataliia Borodai(Polish Academy of Sciences), J. Brack(Colorado State University), P. Brogueira(University of Lisbon), W. C. Brown, R. Bruijn(University of Leeds), P. Buchholz(University of Siegen), A. Bueno(Universidad de Granada), R. E. Burton, Nicolás G. Busca(University of Lisbon), K. S. Caballero‐Mora, L. Caramete(Max Planck Society), R. Caruso(University of Catania), A. Castellina(University of Turin), O. Catalano(Institute for Space Astrophysics and Planetology), G. Cataldi(University of Salento), Lorenzo Cazon(University of Lisbon), R. Cester(Université Paris-Sud), J. Chauvin(Université Joseph Fourier), A. Chiavassa(University of Turin), J. A. Chinellato(University of Chicago), A. Chou(Fermi National Accelerator Laboratory), J. Chudoba(Czech Academy of Sciences), R. W. Clay, E. Colombo(Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas), M. R. Coluccia, R. Conceição(Université Paris-Sud), F. Contreras, H. 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Di Giulio(Université Paris-Sud), J. Dı́az(University of Chicago), M. L. Díaz Castro, Pham Ngoc Diep, C. Dobrigkeit(Université Paris-Sud), J. C. D’Olivo(University of Chicago), Pinliang Dong, A. Dorofeev, J. C. dos Anjos(University of Chicago), M. T. Dova, D. D’Urso(Université Paris-Sud), I. Duţan(Max Planck Society), M. A. DuVernois(Université Paris-Sud), Jan Ebr(University of Chicago), R. Engel(Université Paris-Sud), M. Erdmann(Université Paris-Sud), C. O. Escobar(Pennsylvania State University), A. Etchegoyen, P. Facal San Luis(Université Paris-Sud), H. Falcke(University of Leeds), G. Farrar(Université Paris-Sud), A. C. Fauth(Université Paris-Sud), N. Fazzini(Université Paris-Sud), Anna María Ferrero, Brian Fick(Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas), A. Filevich, A. Filipčić, I. Fleck(Max Planck Society), S. Fliescher(Université Paris-Sud), C.E. Fracchiolla, E. D. Fraenkel, U. Fröhlich(Max Planck Society), W. Fulgione, R. F. Gamarra, S. Gambetta(Université Paris-Sud), B. Garćıa(Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas), D. García-Gámez(Université Paris-Sud), D. García-Pinto(Université Paris-Sud), X. Garrido, Graciela B. Gelmini(Université Paris-Sud), H. Gemmeke(University of Leeds), P. L. Ghia, Ugo GIACCARI(Max Planck Society), M. Giller(Université Paris-Sud), H. Glass(University of Leeds), L. M. Goggin, M.S. Gold, G. Golup(Université Paris-Sud), F. Gomez Albarracin, M. Gómez Berisso(Université Paris-Sud), P. Gonçalves(Université Paris-Sud), D. González(Université Paris-Sud), J. G. González, D. Góra(Université Paris-Sud), A. Gorgi, P. Gouffon(Université Paris-Sud), S. R. Gozzini, E. Grashorn(Université Paris-Sud), S. Grebe(Université Paris-Sud), M. Grigat(Université Paris-Sud), A. F. Grillo, Y. Guardincerri(Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas), F. Guarino, G. P. Guedes, J. D. Hague, V. Halenka(University of Turin), P. Hansen(Université Paris-Sud), D. 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Kleinfeller(University of Chicago), R. Knapik(Université Paris-Sud), J. Knapp(University of Chicago), D.-H. Koang, A. S. Krieger, O. Krömer(Université Paris-Sud), D. Kruppke-Hansen(Université Paris-Sud), F. Kuehn, D. Kuempel(Université Paris-Sud), K. Kulbartz(University of Leeds), N. Kunka(Université Paris-Sud), Alexander Kusenko, G. La Rosa(Université Paris-Sud), C. Lachaud(Université Paris-Sud), Bruno L. Lago(University of Salento), P. Lautridou(Université Paris-Sud), M. S. A. B. Leão, D. Lebrun(Université Paris-Sud), P. Lebrun(Université Paris-Sud), J. Lee(University of Chicago), M. A. Leigui de Oliveira(Université Paris-Sud), A. Lemière, A. Letessier‐Selvon, Isabelle Lhenry-Yvon(Max Planck Society), R. López(Université Paris-Sud), A. López Agúera, K. Louedec(University of Leeds), J. J. Lozano Bahilo(University of Chicago), A. Lucero, M. Ludwig(Université Paris-Sud), H. Lyberis(University of Leeds), M. C. Maccarone, C. Macolino(Université Paris-Sud), S. 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Pimenta(Université Paris-Sud), V. Pirronello(University of Turin), M. Platino(Université Paris-Sud), V. H. Ponce, M. Pontz(Université Paris-Sud), P. Privitera(Université Paris-Sud), M. Prouza(Université Paris-Sud), E. J. Quel, J. Rautenberg(University of Chicago), O. Ravel(Université Paris-Sud), D. Ravignani(Université Paris-Sud), Antonio Fernández-Aliseda Redondo, B. Revenu(Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas), F.A.S. Rezende, J. Řídký(University of Chicago), S. Riggi(Université Paris-Sud), Markus Risse(Université Paris-Sud), P. Ristori(Université Paris-Sud), C. Rivière(Université Paris-Sud), V. Rizi(University of Turin), C. Robledo(Université Paris-Sud), G. Rodriguez(Université Paris-Sud), J. Rodríguez Martino(University of Chicago), Juan Rojo(University of Chicago), I. Rodriguez-Cabo(Max Planck Society), M. D. Rodríguez-Friás, G. Ros(Universidad Complutense de Madrid), J. Rosado(University of Chicago), T. Rößler(Université Paris-Sud), M. 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Villaseñor(Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas), S. Vorobiov(Université Paris-Sud), L. Voyvodic(Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas), H. Wahlberg(University of Leeds), P. Wahrlich(Université Paris-Sud), O. Wainberg(Université Paris-Sud), D. Warner(Université Paris-Sud), A. A. Watson, S. Westerhoff(Université Paris-Sud), B. J. Whelan, G. Wieczorek(Université Paris-Sud), L. Wiencke(Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas), B. Wilczyńska(Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas), H. Wilczyński(University of Leeds), Christopher B. Williams(Université Paris-Sud), T. Winchen(Université Paris-Sud), M.G. Winnick, B. Wundheiler(Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas), T. Yamamoto(Université Paris-Sud), P. Younk(Université Paris-Sud), G. Yuan(Université Paris-Sud), Alexey Yushkov, E. Zas(Université Paris-Sud), D. Zavrtanik(Université Paris-Sud), M. Zavrtanik(Université Paris-Sud), I. Zaw(Max Planck Society), A. Zepeda, M. Ziolkowski(Université Paris-Sud)
Physical Review Letters
March 1, 2010
Cited by 512Open Access
Full Text

Abstract

We describe the measurement of the depth of maximum, ${X}_{\mathrm{max}}$, of the longitudinal development of air showers induced by cosmic rays. Almost 4000 events above ${10}^{18}\text{ }\text{ }\mathrm{eV}$ observed by the fluorescence detector of the Pierre Auger Observatory in coincidence with at least one surface detector station are selected for the analysis. The average shower maximum was found to evolve with energy at a rate of $({106}_{\ensuremath{-}21}^{+35})\text{ }\text{ }\mathrm{g}/{\mathrm{cm}}^{2}/\mathrm{\text{decade}}$ below ${10}^{18.24\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}0.05}\text{ }\text{ }\mathrm{eV}$, and $(24\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}3)\text{ }\text{ }\mathrm{g}/{\mathrm{cm}}^{2}/\mathrm{\text{decade}}$ above this energy. The measured shower-to-shower fluctuations decrease from about 55 to $26\text{ }\text{ }\mathrm{g}/{\mathrm{cm}}^{2}$. The interpretation of these results in terms of the cosmic ray mass composition is briefly discussed.


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