Journal article
The cosmic ray proton, helium and CNO fluxes in the 100 TeV energy region from TeV muons and EAS atmospheric Cherenkov light observations of MACRO and EAS-TOP
Astroparticle physics, v 21(3), pp 223-240
2004
Featured in Collection : UN Sustainable Development Goals @ Drexel
Abstract
The primary cosmic ray (CR) proton, helium and CNO fluxes in the energy range 80–300 TeV are studied at the National Gran Sasso Laboratories by means of EAS-TOP (Campo Imperatore, 2005 m a.s.l.) and MACRO (deep underground, 3100 m w.e., the surface energy threshold for a muon reaching the detector being
E
μ
th≈1.3 TeV). The measurement is based on: (a) the selection of primaries based on their energy/nucleon (i.e., with energy/nucleon sufficient to produce a muon with energy larger than 1.3 TeV) and the reconstruction of the shower geometry by means of the muons recorded by MACRO in the deep underground laboratories; (b) the detection of the associated atmospheric Cherenkov light (C.l.) signals by means of the C.l. detector of EAS-TOP. The C.l. density at core distance
r>100 m is directly related to the total primary energy
E
0. Proton and helium (“p
+
He”) and proton, helium and CNO (“p
+
He
+
CNO”) primaries are thus selected at
E
0≃80 TeV, and at
E
0≃250 TeV, respectively. Their flux is measured:
J
p+
He
(80
TeV)=(1.8±0.4)×10
−6
m
−2
s
−1
sr
−1
TeV
−1, and
J
p+
He+
CNO
(250
TeV)=(1.1±0.3)×10
−7
m
−2
s
−1
sr
−1
TeV
−1, their relative weights being:
J
p+
He
J
p+
He+
CNO
(250
TeV)=0.78±0.17
. By using the measurements of the proton spectrum obtained from the direct experiments and hadron flux data in the atmosphere, we obtain for the relative weights of the three components at 250 TeV:
J
p:
J
He:
J
CNO=(0.20±0.08):(0.58±0.19):(0.22±0.17). This corresponds to the dominance of helium over proton primaries at 100–1000 TeV, and a possible non-negligible contribution from CNO.
The lateral distribution of Cherenkov light in Extensive Air Showers (EASs), which is related to the rate of energy deposit of the primary in the atmosphere, is measured for a selected proton and helium primary beam, and good agreement is found when compared with the one calculated with the CORSIKA/QGSJET simulation model.
Metrics
Details
- Title
- The cosmic ray proton, helium and CNO fluxes in the 100 TeV energy region from TeV muons and EAS atmospheric Cherenkov light observations of MACRO and EAS-TOP
- Creators
- M. Aglietta - Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario del CNR, Sezione di Torino 10133 Torino, and INFN, 10125 Torino, ItalyB. Alessandro - INFN, Sezione di Torino 10125 Torino, ItalyP. Antonioli - INFN, Sezione di Bologna 40126 Bologna, ItalyF. Arneodo - Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell'INFN, 67010 Assergi (L'Aquila), ItalyL. Bergamasco - Dipartimento di Fisica Generale dell'Università di Torino and INFN, 10125 Torino, ItalyM. Bertaina - Dipartimento di Fisica Generale dell'Università di Torino and INFN, 10125 Torino, ItalyC. Castagnoli - Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario del CNR, Sezione di Torino 10133 Torino, and Dipartimento di Fisica Generale dell'Università di Torino, 10125 Torino, ItalyA. Castellina - Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario del CNR, Sezione di Torino 10133 Torino, and INFN, 10125 Torino, ItalyA. Chiavassa - Dipartimento di Fisica Generale dell'Università di Torino and INFN, 10125 Torino, ItalyG. Cini - Dipartimento di Fisica Generale dell'Università di Torino and INFN, 10125 Torino, ItalyB. D'Ettorre Piazzoli - Dipartimento di Fisica dell'Università di Napoli and INFN, 80125 Napoli, ItalyG. Di Sciascio - Dipartimento di Fisica dell'Università di Napoli and INFN, 80125 Napoli, ItalyW. Fulgione - Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario del CNR, Sezione di Torino 10133 Torino, and INFN, 10125 Torino, ItalyP. Galeotti - Dipartimento di Fisica Generale dell'Università di Torino and INFN, 10125 Torino, ItalyP.L. Ghia - Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario del CNR, Sezione di Torino 10133 Torino, and INFN, 10125 Torino, ItalyM. Iacovacci - Dipartimento di Fisica dell'Università di Napoli and INFN, 80125 Napoli, ItalyG. Mannocchi - Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario del CNR, Sezione di Torino 10133 Torino, and INFN, 10125 Torino, ItalyC. Morello - Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario del CNR, Sezione di Torino 10133 Torino, and INFN, 10125 Torino, ItalyG. Navarra - Dipartimento di Fisica Generale dell'Università di Torino and INFN, 10125 Torino, ItalyO. Saavedra - Dipartimento di Fisica Generale dell'Università di Torino and INFN, 10125 Torino, ItalyA. Stamerra - Dipartimento di Fisica Generale dell'Università di Torino and INFN, 10125 Torino, ItalyG.C. Trinchero - Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario del CNR, Sezione di Torino 10133 Torino, and INFN, 10125 Torino, ItalyS. Valchierotti - Dipartimento di Fisica Generale dell'Università di Torino and INFN, 10125 Torino, ItalyP. Vallania - Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario del CNR, Sezione di Torino 10133 Torino, and INFN, 10125 Torino, ItalyS. Vernetto - Istituto di Fisica dello Spazio Interplanetario del CNR, Sezione di Torino 10133 Torino, and INFN, 10125 Torino, ItalyC. Vigorito - Dipartimento di Fisica Generale dell'Università di Torino and INFN, 10125 Torino, ItalyM. Ambrosio - Dipartimento di Fisica dell'Università di Napoli and INFN, 80125 Napoli, ItalyR. Antolini - Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell'INFN, 67010 Assergi (L'Aquila), ItalyA. Baldini - Dipartimento di Fisica dell'Università di Pisa and INFN, 56010 Pisa, ItalyG.C. Barbarino - Dipartimento di Fisica dell'Università di Napoli and INFN, 80125 Napoli, ItalyB.C. Barish - California Institute of Technology, Pasadena, CA 91125, USAG. Battistoni - Laboratori Nazionali di Frascati dell'INFN, 00044 Frascati (Roma), ItalyY. Becherini - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bologna and INFN,40126 Bologna, ItalyR. Bellotti - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bari and INFN, 70126 Bari, ItalyC. Bemporad - Dipartimento di Fisica dell'Università di Pisa and INFN, 56010 Pisa, ItalyP. Bernardini - Dipartimento di Fisica dell'Università di Lecce and INFN, 73100 Lecce, ItalyH. Bilokon - Laboratori Nazionali di Frascati dell'INFN, 00044 Frascati (Roma), ItalyC. Bower - Departments of Physics and of Astronomy, Indiana University, Bloomington, IN 47405, USAM. Brigida - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bari and INFN, 70126 Bari, ItalyS. Bussino - Dipartimento di Fisica dell'Università di Roma Tre and INFN Sezione Roma Tre, 00146 Roma, ItalyF. Cafagna - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bari and INFN, 70126 Bari, ItalyM. Calicchio - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bari and INFN, 70126 Bari, ItalyD. Campana - Dipartimento di Fisica dell'Università di Napoli and INFN, 80125 Napoli, ItalyM. Carboni - Laboratori Nazionali di Frascati dell'INFN, 00044 Frascati (Roma), ItalyR. Caruso - Dipartimento di Fisica dell'Università dell'Aquila and INFN, 67100 L'Aquila, ItalyS. Cecchini - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bologna and INFN,40126 Bologna, ItalyF. Cei - Dipartimento di Fisica dell'Università di Pisa and INFN, 56010 Pisa, ItalyV. Chiarella - Laboratori Nazionali di Frascati dell'INFN, 00044 Frascati (Roma), ItalyT. Chiarusi - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bologna and INFN,40126 Bologna, ItalyB.C. Choudhary - California Institute of Technology, Pasadena, CA 91125, USAS. Coutu - Department of Physics, University of Michigan, Ann Arbor, MI 48109, USAM. Cozzi - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bologna and INFN,40126 Bologna, ItalyG. De Cataldo - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bari and INFN, 70126 Bari, ItalyH. Dekhissi - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bologna and INFN,40126 Bologna, ItalyC. De Marzo - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bari and INFN, 70126 Bari, ItalyI. De Mitri - Dipartimento di Fisica dell'Università di Lecce and INFN, 73100 Lecce, ItalyJ. Derkaoui - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bologna and INFN,40126 Bologna, ItalyM. De Vincenzi - Dipartimento di Fisica dell'Università di Roma Tre and INFN Sezione Roma Tre, 00146 Roma, ItalyA. Di Credico - Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell'INFN, 67010 Assergi (L'Aquila), ItalyO. Erriquez - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bari and INFN, 70126 Bari, ItalyC. Favuzzi - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bari and INFN, 70126 Bari, ItalyC. Forti - Laboratori Nazionali di Frascati dell'INFN, 00044 Frascati (Roma), ItalyP. Fusco - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bari and INFN, 70126 Bari, ItalyG. Giacomelli - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bologna and INFN,40126 Bologna, ItalyG. Giannini - Dipartimento di Fisica dell'Università di Pisa and INFN, 56010 Pisa, ItalyN. Giglietto - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bari and INFN, 70126 Bari, ItalyM. Giorgini - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bologna and INFN,40126 Bologna, ItalyM. Grassi - Dipartimento di Fisica dell'Università di Pisa and INFN, 56010 Pisa, ItalyA. Grillo - Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell'INFN, 67010 Assergi (L'Aquila), ItalyF. Guarino - Dipartimento di Fisica dell'Università di Napoli and INFN, 80125 Napoli, ItalyC. Gustavino - Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell'INFN, 67010 Assergi (L'Aquila), ItalyA. Habig - Physics Department, Boston University, Boston, MA 02215, USAK. Hanson - Department of Physics, University of Michigan, Ann Arbor, MI 48109, USAR. Heinz - Departments of Physics and of Astronomy, Indiana University, Bloomington, IN 47405, USAE. Iarocci - Laboratori Nazionali di Frascati dell'INFN, 00044 Frascati (Roma), ItalyE. Katsavounidis - California Institute of Technology, Pasadena, CA 91125, USAI. Katsavounidis - California Institute of Technology, Pasadena, CA 91125, USAE. Kearns - Physics Department, Boston University, Boston, MA 02215, USAH. Kim - California Institute of Technology, Pasadena, CA 91125, USAS. Kyriazopoulou - California Institute of Technology, Pasadena, CA 91125, USAE. Lamanna - Dipartimento di Fisica dell'Università di Roma “La Sapienza” and INFN, 00185 Roma, ItalyC. Lane - Drexel UniversityD.S. Levin - Department of Physics, University of Michigan, Ann Arbor, MI 48109, USAP. Lipari - Dipartimento di Fisica dell'Università di Roma “La Sapienza” and INFN, 00185 Roma, ItalyN.P. Longley - California Institute of Technology, Pasadena, CA 91125, USAM.J. Longo - Department of Physics, University of Michigan, Ann Arbor, MI 48109, USAF. Loparco - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bari and INFN, 70126 Bari, ItalyF. Maaroufi - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bologna and INFN,40126 Bologna, ItalyG. Mancarella - Dipartimento di Fisica dell'Università di Lecce and INFN, 73100 Lecce, ItalyG. Mandrioli - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bologna and INFN,40126 Bologna, ItalyA. Margiotta - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bologna and INFN,40126 Bologna, ItalyA. Marini - DELL (United States)D. Martello - Dipartimento di Fisica dell'Università di Lecce and INFN, 73100 Lecce, ItalyA. Marzari-Chiesa - Dipartimento di Fisica Sperimentale dell'Università di Torino and INFN, 10125 Torino, ItalyM.N. Mazziotta - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bari and INFN, 70126 Bari, ItalyD.G. Michael - California Institute of Technology, Pasadena, CA 91125, USAP. Monacelli - Dipartimento di Fisica dell'Università dell'Aquila and INFN, 67100 L'Aquila, ItalyT. Montaruli - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bari and INFN, 70126 Bari, ItalyM. Monteno - Dipartimento di Fisica Sperimentale dell'Università di Torino and INFN, 10125 Torino, ItalyS. Mufson - Departments of Physics and of Astronomy, Indiana University, Bloomington, IN 47405, USAJ. Musser - Departments of Physics and of Astronomy, Indiana University, Bloomington, IN 47405, USAD. Nicolò - Dipartimento di Fisica dell'Università di Pisa and INFN, 56010 Pisa, ItalyR. Nolty - California Institute of Technology, Pasadena, CA 91125, USAC. Orth - Physics Department, Boston University, Boston, MA 02215, USAG. Osteria - Dipartimento di Fisica dell'Università di Napoli and INFN, 80125 Napoli, ItalyO. Palamara - Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell'INFN, 67010 Assergi (L'Aquila), ItalyV. Patera - Laboratori Nazionali di Frascati dell'INFN, 00044 Frascati (Roma), ItalyL. Patrizii - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bologna and INFN,40126 Bologna, ItalyR. Pazzi - Dipartimento di Fisica dell'Università di Pisa and INFN, 56010 Pisa, ItalyC.W. Peck - California Institute of Technology, Pasadena, CA 91125, USAL. Perrone - Dipartimento di Fisica dell'Università di Lecce and INFN, 73100 Lecce, ItalyS. Petrera - Dipartimento di Fisica dell'Università dell'Aquila and INFN, 67100 L'Aquila, ItalyV. Popa - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bologna and INFN,40126 Bologna, ItalyA. Rainò - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bari and INFN, 70126 Bari, ItalyJ. Reynoldson - Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell'INFN, 67010 Assergi (L'Aquila), ItalyF. Ronga - Laboratori Nazionali di Frascati dell'INFN, 00044 Frascati (Roma), ItalyC. Satriano - Dipartimento di Fisica dell'Università di Roma “La Sapienza” and INFN, 00185 Roma, ItalyE. Scapparone - Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell'INFN, 67010 Assergi (L'Aquila), ItalyK. Scholberg - Physics Department, Boston University, Boston, MA 02215, USAA. Sciubba - Laboratori Nazionali di Frascati dell'INFN, 00044 Frascati (Roma), ItalyM. Sioli - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bologna and INFN,40126 Bologna, ItalyG. Sirri - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bologna and INFN,40126 Bologna, ItalyM. Sitta - Dipartimento di Fisica Sperimentale dell'Università di Torino and INFN, 10125 Torino, ItalyP. Spinelli - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bari and INFN, 70126 Bari, ItalyM. Spinetti - Laboratori Nazionali di Frascati dell'INFN, 00044 Frascati (Roma), ItalyM. Spurio - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bologna and INFN,40126 Bologna, ItalyR. Steinberg - Drexel UniversityJ.L. Stone - Physics Department, Boston University, Boston, MA 02215, USAL.R. Sulak - Physics Department, Boston University, Boston, MA 02215, USAA. Surdo - Dipartimento di Fisica dell'Università di Lecce and INFN, 73100 Lecce, ItalyG. Tarlé - Department of Physics, University of Michigan, Ann Arbor, MI 48109, USAV. Togo - Dipartimento di Fisica dell'Università di Bologna and INFN,40126 Bologna, ItalyM. Vakili - Resonance Photonics, Markham, Ont., CanadaC.W. Walter - Physics Department, Boston University, Boston, MA 02215, USAR. Webb - Physics Department, Texas A&M University, College Station, TX 77843, USAEAS-TOP Collaboration
- Publication Details
- Astroparticle physics, v 21(3), pp 223-240
- Publisher
- Elsevier
- Resource Type
- Journal article
- Language
- English
- Academic Unit
- Physics
- Web of Science ID
- WOS:000221970300001
- Scopus ID
- 2-s2.0-2542483532
- Other Identifier
- 991019296574504721
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