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. 2021 Apr 16;126(15):152002.
doi: 10.1103/PhysRevLett.126.152002.

Measurement of the Fluctuations in the Number of Muons in Extensive Air Showers with the Pierre Auger Observatory

A Aab  1 , P Abreu  2 , M Aglietta  3   4 , J M Albury  5 , I Allekotte  6 , A Almela  7   8 , J Alvarez-Muñiz  9 , R Alves Batista  1 , G A Anastasi  4   10 , L Anchordoqui  11 , B Andrada  7 , S Andringa  2 , C Aramo  12 , P R Araújo Ferreira  13 , H Asorey  7 , P Assis  2 , G Avila  14 , A M Badescu  15 , A Bakalova  16 , A Balaceanu  17 , F Barbato  12   18 , R J Barreira Luz  2 , K H Becker  19 , J A Bellido  5 , C Berat  20 , M E Bertaina  4   10 , X Bertou  6 , P L Biermann  21 , T Bister  13 , J Biteau  22 , J Blazek  16 , C Bleve  20 , M Boháčová  16 , D Boncioli  23   24 , C Bonifazi  25 , L Bonneau Arbeletche  26 , N Borodai  27 , A M Botti  7 , J Brack  28 , T Bretz  13 , F L Briechle  13 , P Buchholz  29 , A Bueno  30 , S Buitink  31 , M Buscemi  32   33 , K S Caballero-Mora  34 , L Caccianiga  35   36 , A Cancio  7   8 , F Canfora  1   37 , I Caracas  19 , J M Carceller  30 , R Caruso  32   33 , A Castellina  3   4 , F Catalani  38 , G Cataldi  39 , L Cazon  2 , M Cerda  40 , J A Chinellato  41 , K Choi  42 , J Chudoba  16 , L Chytka  43 , R W Clay  5 , A C Cobos Cerutti  44 , R Colalillo  12   18 , A Coleman  45 , M R Coluccia  39   46 , R Conceição  2 , A Condorelli  24   47 , G Consolati  36   48 , F Contreras  14 , F Convenga  39   46 , C E Covault  49 , S Dasso  50   51 , K Daumiller  52 , B R Dawson  5 , J A Day  5 , R M de Almeida  53 , J de Jesús  7   52 , S J de Jong  1   37 , G De Mauro  1   37 , J R T de Mello Neto  25   54 , I De Mitri  24   47 , J de Oliveira  53 , D de Oliveira Franco  41 , V de Souza  55 , E De Vito  39   46 , J Debatin  56 , M Del Río  14 , O Deligny  57 , H Dembinski  52 , N Dhital  27 , A Di Matteo  4 , C Dobrigkeit  41 , J C D'Olivo  58 , R C Dos Anjos  59 , M T Dova  60 , J Ebr  16 , R Engel  52   56 , I Epicoco  39   46 , M Erdmann  13 , C O Escobar  61 , A Etchegoyen  7   8 , H Falcke  1   37   62 , J Farmer  63 , G Farrar  64 , A C Fauth  41 , N Fazzini  65 , F Feldbusch  66 , F Fenu  4   10 , B Fick  67 , J M Figueira  7 , A Filipčič  68   69 , T Fodran  1 , M M Freire  70 , T Fujii  63 , A Fuster  7   8 , C Galea  1 , C Galelli  35   36 , B García  44 , A L Garcia Vegas  13 , H Gemmeke  66 , F Gesualdi  7   52 , A Gherghel-Lascu  17 , P L Ghia  57 , U Giaccari  1 , M Giammarchi  36 , M Giller  71 , J Glombitza  13 , F Gobbi  40 , F Gollan  7 , G Golup  6 , M Gómez Berisso  6 , P F Gómez Vitale  14 , J P Gongora  14 , N González  7 , I Goos  6   52 , D Góra  27 , A Gorgi  3   4 , M Gottowik  19 , T D Grubb  5 , F Guarino  12   18 , G P Guedes  72 , E Guido  4   10 , S Hahn  7   52 , R Halliday  49 , M R Hampel  7 , P Hansen  60 , D Harari  6 , V M Harvey  5 , A Haungs  52 , T Hebbeker  13 , D Heck  52 , G C Hill  5 , C Hojvat  65 , J R Hörandel  1   37 , P Horvath  43 , M Hrabovský  43 , T Huege  31   52 , J Hulsman  7   52 , A Insolia  32   33 , P G Isar  73 , J A Johnsen  74 , J Jurysek  16 , A Kääpä  19 , K H Kampert  19 , B Keilhauer  52 , J Kemp  13 , H O Klages  52 , M Kleifges  66 , J Kleinfeller  40 , M Köpke  56 , G Kukec Mezek  69 , B L Lago  75 , D LaHurd  49 , R G Lang  55 , N Langner  13 , M A Leigui de Oliveira  76 , V Lenok  52 , A Letessier-Selvon  77 , I Lhenry-Yvon  57 , D Lo Presti  32   33 , L Lopes  2 , R López  78 , R Lorek  49 , Q Luce  56 , A Lucero  7 , J P Lundquist  69 , A Machado Payeras  41 , G Mancarella  39   46 , D Mandat  16 , B C Manning  5 , J Manshanden  79 , P Mantsch  65 , S Marafico  57 , A G Mariazzi  60 , I C Mariş  42 , G Marsella  39   46 , D Martello  39   46 , H Martinez  55 , O Martínez Bravo  78 , M Mastrodicasa  23   24 , H J Mathes  52 , J Matthews  80 , G Matthiae  81   82 , E Mayotte  19 , P O Mazur  65 , G Medina-Tanco  58 , D Melo  7 , A Menshikov  66 , K-D Merenda  74 , S Michal  43 , M I Micheletti  70 , L Miramonti  35   36 , S Mollerach  6 , F Montanet  20 , C Morello  3   4 , M Mostafá  83 , A L Müller  7   52 , M A Muller  25   41 , K Mulrey  31 , R Mussa  4 , M Muzio  64 , W M Namasaka  19 , L Nellen  58 , M Niculescu-Oglinzanu  17 , M Niechciol  29 , D Nitz  67 , D Nosek  84 , V Novotny  84 , L Nožka  43 , A Nucita  39   46 , L A Núñez  85 , M Palatka  16 , J Pallotta  86 , P Papenbreer  19 , G Parente  9 , A Parra  78 , M Pech  16 , F Pedreira  9 , J Pȩkala  27 , R Pelayo  87 , J Peña-Rodriguez  85 , J Perez Armand  26 , M Perlin  7   52 , L Perrone  39   46 , S Petrera  24   47 , T Pierog  52 , M Pimenta  2 , V Pirronello  32   33 , M Platino  7 , B Pont  1 , M Pothast  1   37 , P Privitera  63 , M Prouza  16 , A Puyleart  67 , S Querchfeld  19 , J Rautenberg  19 , D Ravignani  7 , M Reininghaus  7   52 , J Ridky  16 , F Riehn  2 , M Risse  29 , P Ristori  86 , V Rizi  23   24 , W Rodrigues de Carvalho  26 , J Rodriguez Rojo  14 , M J Roncoroni  7 , M Roth  52 , E Roulet  6 , A C Rovero  50 , P Ruehl  29 , S J Saffi  5 , A Saftoiu  17 , F Salamida  23   24 , H Salazar  78 , G Salina  82 , J D Sanabria Gomez  85 , F Sánchez  7 , E M Santos  26 , E Santos  16 , F Sarazin  74 , R Sarmento  2 , C Sarmiento-Cano  7 , R Sato  14 , P Savina  39   46   57 , C M Schäfer  52 , V Scherini  39 , H Schieler  52 , M Schimassek  7   56 , M Schimp  19 , F Schlüter  7   52 , D Schmidt  56 , O Scholten  31   88 , P Schovánek  16 , F G Schröder  45   52 , S Schröder  19 , J Schulte  13 , S J Sciutto  60 , M Scornavacche  7   52 , R C Shellard  89 , G Sigl  79 , G Silli  7   52 , O Sima  17 , R Šmída  63 , P Sommers  83 , J F Soriano  11 , J Souchard  20 , R Squartini  40 , M Stadelmaier  7   52 , D Stanca  17 , S Stanič  69 , J Stasielak  27 , P Stassi  20 , A Streich  7   56 , M Suárez-Durán  85 , T Sudholz  5 , T Suomijärvi  22 , A D Supanitsky  7 , J Šupík  43 , Z Szadkowski  90 , A Taboada  56 , A Tapia  91 , C Timmermans  1   37 , O Tkachenko  52 , P Tobiska  16 , C J Todero Peixoto  38 , B Tomé  2 , G Torralba Elipe  9 , A Travaini  40 , P Travnicek  16 , C Trimarelli  23   24 , M Trini  69 , M Tueros  60 , R Ulrich  52 , M Unger  52 , L Vaclavek  43 , M Vacula  43 , J F Valdés Galicia  58 , I Valiño  24   47 , L Valore  12   18 , E Varela  78 , V Varma K C  7   52 , A Vásquez-Ramírez  85 , D Veberič  52 , C Ventura  54 , I D Vergara Quispe  60 , V Verzi  82 , J Vicha  16 , J Vink  92 , S Vorobiov  69 , H Wahlberg  60 , A A Watson  93 , M Weber  66 , A Weindl  52 , L Wiencke  74 , H Wilczyński  27 , T Winchen  31 , M Wirtz  13 , D Wittkowski  19 , B Wundheiler  7 , A Yushkov  16 , O Zapparrata  42 , E Zas  9 , D Zavrtanik  68   69 , M Zavrtanik  68   69 , L Zehrer  69 , A Zepeda  94 ; Pierre Auger Collaboration
Affiliations
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Measurement of the Fluctuations in the Number of Muons in Extensive Air Showers with the Pierre Auger Observatory

A Aab et al. Phys Rev Lett. .
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Abstract

We present the first measurement of the fluctuations in the number of muons in extensive air showers produced by ultrahigh energy cosmic rays. We find that the measured fluctuations are in good agreement with predictions from air shower simulations. This observation provides new insights into the origin of the previously reported deficit of muons in air shower simulations and constrains models of hadronic interactions at ultrahigh energies. Our measurement is compatible with the muon deficit originating from small deviations in the predictions from hadronic interaction models of particle production that accumulate as the showers develop.

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