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Testing Hadronic Interactions at Ultrahigh Energies with Air Showers Measured by the Pierre Auger Observatory

Ultrahigh energy cosmic ray air showers probe particle physics at energies beyond the reach of accelerators. Here we introduce a new method to test hadronic interaction models without relying on the absolute energy calibration, and apply it to events with primary energy 6-16 EeV (E_CM = 110-170 TeV), whose longitudinal development and lateral distribution were simultaneously measured by the Pierre Auger Observatory. The average hadronic shower is 1.33 +- 0.16 (1.61 +- 0.21) times larger than predicted using the leading LHC-tuned models EPOS-LHC (QGSJetII-04), with a corresponding excess of muons.

preprint2016arXivOpen access
The Pierre Auger CollaborationA. AabP. AbreuM. AgliettaE. J. AhnI. Al SamaraiI. F. M. AlbuquerqueI. AllekotteJ. AllenP. AllisonA. AlmelaJ. Alvarez CastilloJ. Alvarez-MuñizM. AmbrosioG. A. AnastasiL. AnchordoquiB. AndradaS. AndringaC. AramoF. ArquerosN. ArseneH. AsoreyP. AssisJ. AublinG. AvilaA. M. BadescuC. BausJ. J. BeattyK. H. BeckerJ. A. BellidoC. BeratM. E. BertainaX. BertouP. L. BiermannP. BilloirJ. BiteauS. G. BlaessA. BlancoJ. BlazekC. BleveH. BlümerM. BoháčováD. BoncioliC. BonifaziN. BorodaiA. M. BottiJ. BrackI. BrancusT. BretzA. BridgemanF. L. BriechleP. BuchholzA. BuenoS. BuitinkM. BuscemiK. S. Caballero-MoraB. CaccianigaL. CaccianigaA. CancioF. CanforaL. CarameteR. CarusoA. CastellinaG. CataldiL. CazonR. CesterA. G. ChavezA. ChiavassaJ. A. ChinellatoJ. ChudobaR. W. ClayR. ColalilloA. ColemanL. CollicaM. R. ColucciaR. ConceiçãoF. ContrerasM. J. CooperS. CoutuC. E. CovaultJ. CroninR. DallierS. D'AmicoB. DanielS. DassoK. DaumillerB. R. DawsonR. M. de AlmeidaS. J. de JongG. De MauroJ. R. T. de Mello NetoI. De MitriJ. de OliveiraV. de SouzaJ. DebatinL. del PeralO. DelignyN. DhitalC. Di GiulioA. di MatteoM. L. Díaz CastroF. DiogoC. DobrigkeitJ. C. D'OlivoA. DorofeevR. C. dos AnjosM. T. DovaA. DundovicJ. EbrR. EngelM. ErdmannM. ErfaniC. O. EscobarJ. EspadanalA. EtchegoyenH. FalckeK. FangG. FarrarA. C. FauthN. FazziniA. P. FergusonB. FickJ. M. FigueiraA. FilevichA. FilipčičO. FratuM. M. FreireT. FujiiA. FusterF. GalloB. GarcíaD. Garcia-PintoF. GateH. GemmekeA. Gherghel-LascuP. L. GhiaU. GiaccariM. GiammarchiM. GillerD. GłasC. GlaserH. GlassG. GolupM. Gómez BerissoP. F. Gómez VitaleN. GonzálezB. GookinJ. GordonA. GorgiP. GorhamP. GouffonN. GriffithA. F. GrilloT. D. GrubbF. GuarinoG. P. GuedesM. R. HampelP. HansenD. HarariT. A. HarrisonJ. L. HartonQ. HasankiadehA. HaungsT. HebbekerD. HeckP. HeimannA. E. HerveG. C. HillC. HojvatN. HollonE. HoltP. HomolaJ. R. HörandelP. HorvathM. HrabovskýT. HuegeJ. HulsmanA. InsoliaP. G. IsarI. JandtS. JansenC. JarneJ. A. JohnsenM. JosebachuiliA. KääpäO. KambeitzK. H. KampertP. KasperI. KatkovB. KeilhauerE. KempR. M. KieckhaferH. O. KlagesM. KleifgesJ. KleinfellerR. KrauseN. KrohmD. KuempelG. Kukec MezekN. KunkaA. Kuotb AwadD. LaHurdL. LatronicoM. LauscherP. LautridouP. LebrunR. LeguminaM. A. Leigui de OliveiraA. Letessier-SelvonI. Lhenry-YvonK. LinkL. LopesR. LópezA. López CasadoA. LuceroM. MalacariM. MallamaciD. MandatP. MantschA. G. MariazziV. MarinI. C. MarişG. MarsellaD. MartelloH. MartinezO. Martínez BravoJ. J. Masías MezaH. J. MathesS. MathysJ. MatthewsJ. A. J. MatthewsG. MatthiaeD. MaurizioE. MayotteP. O. MazurC. MedinaG. Medina-TancoV. B. B. MelloD. MeloA. MenshikovS. MessinaM. I. MichelettiL. MiddendorfI. A. MinayaL. MiramontiB. MitricaD. MocklerL. Molina-BuenoS. MollerachF. MontanetC. MorelloM. MostafáC. A. MouraG. MüllerM. A. MullerS. MüllerI. NaranjoS. NavasP. NecesalL. NellenA. NellesJ. NeuserP. H. NguyenM. Niculescu-OglinzanuM. NiechciolL. NiemietzT. NiggemannD. NitzD. NosekV. NovotnyH. NožkaL. A. NúñezL. OchiloF. OikonomouA. OlintoD. Pakk Selmi-DeiM. PalatkaJ. PallottaP. PapenbreerG. ParenteA. ParraT. PaulM. PechF. PedreiraJ. PękalaR. PelayoJ. Peña-RodriguezI. M. PepeL. A. S. PereiraL. PerroneE. PetermannC. PetersS. PetreraJ. PhuntsokR. PiegaiaT. PierogP. PieroniM. PimentaV. PirronelloM. PlatinoM. PlumC. PorowskiR. R. PradoP. PriviteraM. ProuzaE. J. QuelS. QuerchfeldS. QuinnJ. RautenbergO. RavelD. RavignaniB. RevenuJ. RidkyM. RisseP. RistoriV. RiziW. Rodrigues de CarvalhoJ. Rodriguez RojoM. D. Rodríguez-FríasD. RogozinJ. RosadoM. RothE. RouletA. C. RoveroS. J. SaffiA. SaftoiuH. SalazarA. SalehF. Salesa GreusG. SalinaJ. D. Sanabria GomezF. SánchezP. Sanchez-LucasE. M. SantosE. SantosF. SarazinB. SarkarR. SarmentoC. Sarmiento-CanoR. SatoC. ScarsoM. SchauerV. ScheriniH. SchielerD. SchmidtO. ScholtenH. SchoorlemmerP. SchovánekF. G. SchröderA. SchulzJ. SchulzJ. SchumacherS. J. SciuttoA. SegretoM. SettimoA. ShadkamR. C. ShellardG. SiglO. SimaA. ŚmiałkowskiR. ŠmídaG. R. SnowP. SommersS. SonntagJ. SorokinR. SquartiniD. StancaS. StaničJ. StapletonJ. StasielakF. StrafellaA. StutzF. SuarezM. Suarez DuránT. SudholzT. SuomijärviA. D. SupanitskyM. S. SutherlandJ. SwainZ. SzadkowskiO. A. TabordaA. TapiaA. TepeV. M. TheodoroC. TimmermansC. J. Todero PeixotoL. TomankovaB. ToméA. TonachiniG. Torralba ElipeD. Torres MachadoP. TravnicekM. TriniR. UlrichM. UngerM. UrbanA. Valbuena-DelgadoJ. F. Valdés GaliciaI. ValiñoL. ValoreG. van AarP. van BodegomA. M. van den BergA. van VlietE. VarelaB. Vargas CárdenasG. VarnerJ. R. VázquezR. A. VázquezD. VeberičV. VerziJ. VichaM. VidelaL. VillaseñorS. VorobiovH. WahlbergO. WainbergD. WalzA. A. WatsonM. WeberA. WeindlL. WienckeH. WilczyńskiT. WinchenD. WittkowskiB. WundheilerS. WykesL. YangT. YapiciD. YelosE. ZasD. ZavrtanikM. ZavrtanikA. ZepedaB. ZimmermannM. ZiolkowskiZ. ZongF. Zuccarello

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The Pierre Auger CollaborationA. AabP. AbreuM. AgliettaE. J. AhnI. Al SamaraiI. F. M. AlbuquerqueI. AllekotteJ. AllenP. AllisonA. AlmelaJ. Alvarez CastilloJ. Alvarez-MuñizM. AmbrosioG. A. AnastasiL. AnchordoquiB. AndradaS. AndringaC. AramoF. ArquerosN. ArseneH. AsoreyP. AssisJ. AublinG. AvilaA. M. BadescuC. BausJ. J. BeattyK. H. BeckerJ. A. BellidoC. BeratM. E. BertainaX. BertouP. L. BiermannP. BilloirJ. BiteauS. G. BlaessA. BlancoJ. BlazekC. BleveH. BlümerM. BoháčováD. BoncioliC. BonifaziN. BorodaiA. M. BottiJ. BrackI. BrancusT. BretzA. BridgemanF. L. BriechleP. BuchholzA. BuenoS. BuitinkM. BuscemiK. S. Caballero-MoraB. CaccianigaL. CaccianigaA. CancioF. CanforaL. CarameteR. CarusoA. CastellinaG. CataldiL. CazonR. CesterA. G. ChavezA. ChiavassaJ. A. ChinellatoJ. ChudobaR. W. ClayR. ColalilloA. ColemanL. CollicaM. R. ColucciaR. ConceiçãoF. ContrerasM. J. CooperS. CoutuC. E. CovaultJ. CroninR. DallierS. D'AmicoB. DanielS. DassoK. DaumillerB. R. DawsonR. M. de AlmeidaS. J. de JongG. De MauroJ. R. T. de Mello NetoI. De MitriJ. de OliveiraV. de SouzaJ. DebatinL. del PeralO. DelignyN. DhitalC. Di GiulioA. di MatteoM. L. Díaz CastroF. DiogoC. DobrigkeitJ. C. D'OlivoA. DorofeevR. C. dos AnjosM. T. DovaA. DundovicJ. EbrR. EngelM. ErdmannM. ErfaniC. O. EscobarJ. EspadanalA. EtchegoyenH. FalckeK. FangG. FarrarA. C. FauthN. FazziniA. P. FergusonB. FickJ. M. FigueiraA. FilevichA. FilipčičO. FratuM. M. FreireT. FujiiA. FusterF. GalloB. GarcíaD. Garcia-PintoF. GateH. GemmekeA. Gherghel-LascuP. L. GhiaU. GiaccariM. GiammarchiM. GillerD. GłasC. GlaserH. GlassG. GolupM. Gómez BerissoP. F. Gómez VitaleN. GonzálezB. GookinJ. GordonA. GorgiP. GorhamP. GouffonN. GriffithA. F. GrilloT. D. GrubbF. GuarinoG. P. GuedesM. R. HampelP. HansenD. HarariT. A. HarrisonJ. L. HartonQ. HasankiadehA. HaungsT. HebbekerD. HeckP. HeimannA. E. HerveG. C. HillC. HojvatN. HollonE. HoltP. HomolaJ. R. HörandelP. HorvathM. HrabovskýT. HuegeJ. HulsmanA. InsoliaP. G. IsarI. JandtS. JansenC. JarneJ. A. JohnsenM. JosebachuiliA. KääpäO. KambeitzK. H. KampertP. KasperI. KatkovB. KeilhauerE. KempR. M. KieckhaferH. O. KlagesM. KleifgesJ. KleinfellerR. KrauseN. KrohmD. KuempelG. Kukec MezekN. KunkaA. Kuotb AwadD. LaHurdL. LatronicoM. LauscherP. LautridouP. LebrunR. LeguminaM. A. Leigui de OliveiraA. Letessier-SelvonI. Lhenry-YvonK. LinkL. LopesR. LópezA. López CasadoA. LuceroM. MalacariM. MallamaciD. MandatP. MantschA. G. MariazziV. MarinI. C. MarişG. MarsellaD. MartelloH. MartinezO. Martínez BravoJ. J. Masías MezaH. J. MathesS. MathysJ. MatthewsJ. A. J. MatthewsG. MatthiaeD. MaurizioE. MayotteP. O. MazurC. MedinaG. Medina-TancoV. B. B. MelloD. MeloA. MenshikovS. MessinaM. I. MichelettiL. MiddendorfI. A. MinayaL. MiramontiB. MitricaD. MocklerL. Molina-BuenoS. MollerachF. MontanetC. MorelloM. MostafáC. A. MouraG. MüllerM. A. MullerS. MüllerI. NaranjoS. NavasP. NecesalL. NellenA. NellesJ. NeuserP. H. NguyenM. Niculescu-OglinzanuM. NiechciolL. NiemietzT. NiggemannD. NitzD. NosekV. NovotnyH. NožkaL. A. NúñezL. OchiloF. OikonomouA. OlintoD. Pakk Selmi-DeiM. PalatkaJ. PallottaP. PapenbreerG. ParenteA. ParraT. PaulM. PechF. PedreiraJ. PękalaR. PelayoJ. Peña-RodriguezI. M. PepeL. A. S. PereiraL. PerroneE. PetermannC. PetersS. PetreraJ. PhuntsokR. PiegaiaT. PierogP. PieroniM. PimentaV. PirronelloM. PlatinoM. PlumC. PorowskiR. R. PradoP. PriviteraM. ProuzaE. J. QuelS. QuerchfeldS. QuinnJ. RautenbergO. RavelD. RavignaniB. RevenuJ. RidkyM. RisseP. RistoriV. RiziW. Rodrigues de CarvalhoJ. Rodriguez RojoM. D. Rodríguez-FríasD. RogozinJ. RosadoM. RothE. RouletA. C. RoveroS. J. SaffiA. SaftoiuH. SalazarA. SalehF. Salesa GreusG. SalinaJ. D. Sanabria GomezF. SánchezP. Sanchez-LucasE. M. SantosE. SantosF. SarazinB. SarkarR. SarmentoC. Sarmiento-CanoR. SatoC. ScarsoM. SchauerV. ScheriniH. SchielerD. SchmidtO. ScholtenH. SchoorlemmerP. SchovánekF. G. SchröderA. SchulzJ. SchulzJ. SchumacherS. J. SciuttoA. SegretoM. SettimoA. ShadkamR. C. ShellardG. SiglO. SimaA. ŚmiałkowskiR. ŠmídaG. R. SnowP. SommersS. SonntagJ. SorokinR. SquartiniD. StancaS. StaničJ. StapletonJ. StasielakF. StrafellaA. StutzF. SuarezM. Suarez DuránT. SudholzT. SuomijärviA. D. SupanitskyM. S. SutherlandJ. SwainZ. SzadkowskiO. A. TabordaA. TapiaA. TepeV. M. TheodoroC. TimmermansC. J. Todero PeixotoL. TomankovaB. ToméA. TonachiniG. Torralba ElipeD. Torres MachadoP. TravnicekM. TriniR. UlrichM. UngerM. UrbanA. Valbuena-DelgadoJ. F. Valdés GaliciaI. ValiñoL. ValoreG. van AarP. van BodegomA. M. van den BergA. van VlietE. VarelaB. Vargas CárdenasG. VarnerJ. R. VázquezR. A. VázquezD. VeberičV. VerziJ. VichaM. VidelaL. VillaseñorS. VorobiovH. WahlbergO. WainbergD. WalzA. A. WatsonM. WeberA. WeindlL. WienckeH. WilczyńskiT. WinchenD. WittkowskiB. WundheilerS. WykesL. YangT. YapiciD. YelosE. ZasD. ZavrtanikM. ZavrtanikA. ZepedaB. ZimmermannM. ZiolkowskiZ. ZongF. Zuccarello

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