Title: | Deep-learning based reconstruction of the shower maximum Xmax using the water-Cherenkov detectors of the Pierre Auger Observatory |
Authors: | Aab, A. Abreu, P. AGLIETTA, MARCO Albury, J. M. Allekotte, I. Almela, A. Alvarez-Muñiz, J. Alves Batista, R. Anastasi, G. A. Anchordoqui, L. Andrada, B. Andringa, S. Aramo, C. Araújo Ferreira, P. R. Arteaga Velázquez, J. C. Asorey, H. Assis, P. Avila, G. Badescu, A. M. Bakalova, A. Balaceanu, A. Barbato, F. Barreira Luz, R. J. Becker, K. H. Bellido, J. A. Berat, C. Bertaina, M. E. Bertou, X. Biermann, P. L. Bister, T. Biteau, J. Blazek, J. Bleve, C. Boháčová, M. Boncioli, D. Bonifazi, C. Bonneau Arbeletche, L. Borodai, N. Botti, A. M. Brack, J. Bretz, T. Brichetto Orchera, P. G. Briechle, F. L. Buchholz, P. Bueno, A. Buitink, S. Buscemi, M. Caballero-Mora, K. S. Caccianiga, L. Canfora, F. Caracas, I. Carceller, J. M. Caruso, R. CASTELLINA, ANTONELLA Catalani, F. Cataldi, G. Cazon, L. Cerda, M. Chinellato, J. A. Choi, K. Chudoba, J. Chytka, L. Clay, R. W. Cobos Cerutti, A. C. Colalillo, R. Coleman, A. Coluccia, M. R. Conceição, R. Condorelli, A. Consolati, G. Contreras, F. Convenga, F. Correia dos Santos, D. Covault, C. E. Dasso, S. Daumiller, K. Dawson, B. R. Day, J. A. de Almeida, R. M. de Jesús, J. de Jong, S. J. De Mauro, G. 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 Río, M. Deligny, O. Di Matteo, A. Dobrigkeit, C. D'Olivo, J. C. dos Anjos, R. C. Dova, M. T. Ebr, J. Engel, R. Epicoco, I. Erdmann, M. Escobar, C. O. Etchegoyen, A. Falcke, H. Farmer, J. Farrar, G. Fauth, A. C. Fazzini, N. Feldbusch, F. Fenu, F. Fick, B. Figueira, J. M. Filipčič, A. Fodran, T. Freire, M. M. Fujii, T. Fuster, A. Galea, C. Galelli, C. García, B. Garcia Vegas, A. L. Gemmeke, H. Gesualdi, F. Gherghel-Lascu, A. Ghia, P. L. Giaccari, U. Giammarchi, M. Giller, M. Glombitza, J. Gobbi, F. Gollan, F. Golup, G. Gómez Berisso, M. Gómez Vitale, P. F. Gongora, J. P. González, J. M. González, N. Goos, I. Góra, D. GORGI, Alessio Gottowik, M. Grubb, T. D. Guarino, F. Guedes, G. P. Guido, E. Hahn, S. Hamal, P. Hampel, M. R. Hansen, P. Harari, D. Harvey, V. M. Haungs, A. Hebbeker, T. Heck, D. Hill, G. C. Hojvat, C. Hörandel, J. R. Horvath, P. Hrabovský, M. Huege, T. Hulsman, J. Insolia, A. Isar, P. G. Janecek, P. Johnsen, J. A. Jurysek, J. Kääpä, A. Kampert, K. H. Keilhauer, B. Kemp, J. Klages, H. O. Kleifges, M. Kleinfeller, J. Köpke, M. Kunka, N. Lago, B. L. Lang, R. G. Langner, N. Leigui de Oliveira, M. A. Lenok, V. Letessier-Selvon, A. Lhenry-Yvon, I. Lo Presti, D. Lopes, L. López, R. Lu, L. Luce, Q. Lucero, A. Lundquist, J. P. Machado Payeras, A. Mancarella, G. Mandat, D. Manning, B. C. Manshanden, J. Mantsch, P. Marafico, S. Mariazzi, A. G. Mariş, I. C. Marsella, G. Martello, D. Martinez, H. Martínez Bravo, O. Mastrodicasa, M. Mathes, H. J. Matthews, J. Matthiae, G. Mayotte, E. Mazur, P. O. Medina-Tanco, G. Melo, D. Menshikov, A. Merenda, K. -D. Michal, S. Micheletti, M. I. Miramonti, L. Mollerach, S. Montanet, F. Morello, C. Mostafá, M. Müller, A. L. Muller, M. A. Mulrey, K. Mussa, R. Muzio, M. Namasaka, W. M. Nasr-Esfahani, A. Nellen, L. Niculescu-Oglinzanu, M. Niechciol, M. Nitz, D. Nosek, D. Novotny, V. Nožka, L. Nucita, A. Núñez, L. A. Palatka, M. Pallotta, J. Papenbreer, P. Parente, G. Parra, A. Pech, M. Pedreira, F. Pȩkala, J. Pelayo, R. Peña-Rodriguez, J. Pereira Martins, E. E. Perez Armand, J. Pérez Bertolli, C. Perlin, M. Perrone, L. Petrera, S. Pierog, T. Pimenta, M. Pirronello, V. Platino, M. Pont, B. Pothast, M. Privitera, P. Prouza, M. Puyleart, A. Querchfeld, S. Rautenberg, J. Ravignani, D. Reininghaus, M. Ridky, J. Riehn, F. Risse, M. Rizi, V. Rodrigues de Carvalho, W. Rodriguez Rojo, J. Roncoroni, M. J. Roth, M. Roulet, E. Rovero, A. C. Ruehl, P. Saffi, S. J. Saftoiu, A. Salamida, F. Salazar, H. Salina, G. Sanabria Gomez, J. D. Sánchez, F. Santos, E. M. Santos, E. Sarazin, F. Sarmento, R. Sarmiento-Cano, C. Sato, R. Savina, P. Schäfer, C. M. Scherini, V. Schieler, H. Schimassek, M. Schimp, M. Schlüter, F. Schmidt, D. Scholten, O. Schovánek, P. Schröder, F. G. Schröder, S. Schulte, J. Sciutto, S. J. Scornavacche, M. SEGRETO, ALBERTO Sehgal, S. Shellard, R. C. Sigl, G. Silli, G. Sima, O. Šmída, R. Sommers, P. Soriano, J. F. Souchard, J. Squartini, R. Stadelmaier, M. Stanca, D. Stanič, S. Stasielak, J. Stassi, P. Streich, A. Suárez-Durán, M. Sudholz, T. Suomijärvi, T. Supanitsky, A. D. Šupík, J. Szadkowski, Z. Taboada, A. Tapia, A. Taricco, C. Timmermans, C. Tkachenko, O. Tobiska, P. Todero Peixoto, C. J. Tomé, B. Travaini, A. Travnicek, P. Trimarelli, C. Trini, M. Tueros, M. Ulrich, R. Unger, M. Vaclavek, L. Vacula, M. Valdés Galicia, J. F. Valore, L. Varela, E. Varma K. C., V. Vásquez-Ramírez, A. Veberič, D. Ventura, C. Vergara Quispe, I. D. Verzi, V. Vicha, J. Vink, J. Vorobiov, S. Wahlberg, H. Watanabe, C. Watson, A. A. Weber, M. Weindl, A. Wiencke, L. Wilczyński, H. Winchen, T. Wirtz, M. Wittkowski, D. Wundheiler, B. Yushkov, A. Zapparrata, O. Zas, E. Zavrtanik, D. Zavrtanik, M. Zehrer, L. Zepeda, A. The Pierre Auger collaboration |
Issue Date: | 2021 |
Journal: | JOURNAL OF INSTRUMENTATION |
Number: | 16 |
Issue: | 7 |
First Page: | P07019 |
Abstract: | The atmospheric depth of the air shower maximum X<SUB>max</SUB> is an observable commonly used for the determination of the nuclear mass composition of ultra-high energy cosmic rays. Direct measurements of X<SUB>max</SUB> are performed using observations of the longitudinal shower development with fluorescence telescopes. At the same time, several methods have been proposed for an indirect estimation of X<SUB>max</SUB> from the characteristics of the shower particles registered with surface detector arrays. In this paper, we present a deep neural network (DNN) for the estimation of X<SUB>max</SUB>. The reconstruction relies on the signals induced by shower particles in the ground based water-Cherenkov detectors of the Pierre Auger Observatory. The network architecture features recurrent long short-term memory layers to process the temporal structure of signals and hexagonal convolutions to exploit the symmetry of the surface detector array. We evaluate the performance of the network using air showers simulated with three different hadronic interaction models. Thereafter, we account for long-term detector effects and calibrate the reconstructed X<SUB>max</SUB> using fluorescence measurements. Finally, we show that the event-by-event resolution in the reconstruction of the shower maximum improves with increasing shower energy and reaches less than 25 g/cm<SUP>2</SUP> at energies above 2 × 10<SUP>19</SUP> eV. |
URI: | http://hdl.handle.net/20.500.12386/36267 |
URL: | https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-0221/16/07/P07019 https://api.elsevier.com/content/abstract/scopus_id/85111106773 |
ISSN: | 1748-0221 |
DOI: | 10.1088/1748-0221/16/07/P07019 |
Bibcode ADS: | 2021JInst..16P7019A |
Fulltext: | open |
Appears in Collections: | 1.01 Articoli in rivista
|