Study of cosmic ray events with high muon multiplicity using the ALICE detector at the CERN Large Hadron Collider

J. Adam, D. Adamov, M. M. Aggarwal, G. Aglieri Rinella, M. Agnello, N. Agrawal, Z. Ahammed, S. U. Ahn, S. Aiola, A. Akindinov, S. N. Alam, D. Aleksandrov, B. Alessandro, D. Alexandre, R. Alfaro Molina, A. Alici, A. Alkin, J. R.M. Almaraz, J. Alme, T. AltS. Altinpinar, I. Altsybeev, C. A. Garcia Prado, C. Andrei, A. Andronic, V. Anguelov, J. Anielski, T. Antičić, F. Antinori, P. Antonioli, L. Aphecetche, H. Appelshäuser, S. Arcelli, N. Armesto, R. Arnaldi, I. C. Arsene, M. Arslandok, B. Audurier, A. Augustinus, R. Averbeck, M. D. Azmi, M. Bach, A. Badalà, Y. W. Baek, S. Bagnasco, R. Bailhache, R. Bala, A. Baldisseri, F. Baltasar Dos Santos Pedrosa, R. C. Baral, A. M. Barbano, R. Barbera, F. Barile, G. G. Barnaföldi, L. S. Barnby, V. Barret, P. Bartalini, K. Barth, J. Bartke, E. Bartsch, M. Basile, N. Bastid, S. Basu, B. Bathen, G. Batigne, A. Batista Camejo, B. Batyunya, P. C. Batzing, I. G. Bearden, H. Beck, C. Bedda, I. Belikov, F. Bellini, H. Bello Martinez, R. Bellwied, R. Belmont, E. Belmont-Moreno, V. Belyaev, G. Bencedi, S. Beole, I. Berceanu, A. Bercuci, Y. Berdnikov, D. Berenyi, R. A. Bertens, D. Berzano, L. Betev, A. Bhasin, I. R. Bhat, A. K. Bhati, B. Bhattacharjee, J. Bhom, L. Bianchi, N. Bianchi, C. Bianchin, J. Bielčík, J. Bielčíková, A. Bilandzic, R. Biswas, S. Biswas, S. Bjelogrlic, J. T. Blair, F. Blanco, D. Blau, C. Blume, F. Bock, A. Bogdanov, H. Bøggild, L. Boldizsár, M. Bombara, J. Book, H. Borel, A. Borissov, M. Borri, F. Bossú, E. Botta, S. Böttger, P. Braun-Munzinger, M. Bregant, T. Breitner, T. A. Broker, T. A. Browning, M. Broz, E. J. Brucken, E. Bruna, G. E. Bruno, D. Budnikov, H. Buesching, S. Bufalino, P. Buncic, O. Busch, Z. Buthelezi, J. B. Butt, J. T. Buxton, D. Caffarri, X. Cai, H. Caines, L. Calero Diaz, A. Caliva, E. Calvo Villar, P. Camerini, F. Carena, W. Carena, F. Carnesecchi, J. Castillo Castellanos, A. J. Castro, E. A.R. Casula, C. Cavicchioli, C. Ceballos Sanchez, J. Cepila, P. Cerello, J. Cerkala, B. Chang, S. Chapeland, M. Chartier, J. L. Charvet, S. Chattopadhyay, S. Chattopadhyay, V. Chelnokov, M. Cherney, C. Cheshkov, B. Cheynis, V. Chibante Barroso, D. D. Chinellato, S. Cho, P. Chochula, K. Choi, M. Chojnacki, S. Choudhury, P. Christakoglou, C. H. Christensen, P. Christiansen, T. Chujo, S. U. Chung, Z. Chunhui, C. Cicalo, L. Cifarelli, F. Cindolo, J. Cleymans, F. Colamaria, D. Colella, A. Collu, M. Colocci, G. Conesa Balbastre, Z. Conesa Del Valle, M. E. Connors, J. G. Contreras, T. M. Cormier, Y. Corrales Morales, I. Cortés Maldonado, P. Cortese, M. R. Cosentino, F. Costa, P. Crochet, R. Cruz Albino, E. Cuautle, L. Cunqueiro, T. Dahms, A. Dainese, A. Danu, D. Das, I. Das, S. Das, A. Dash, S. Dash, S. De, A. De Caro, G. De Cataldo, J. De Cuveland, A. De Falco, D. De Gruttola, N. De Marco, S. De Pasquale, A. Deisting, A. Deloff, E. Dénes, G. D'Erasmo, P. Dhankher, D. Di Bari, A. Di Mauro, P. Di Nezza, M. A. Diaz, Corchero, T. Dietel, P. Dillenseger, R. Divià, Djuvsland, A. Dobrin, T. Dobrowolski, D. Domenicis Gimenez, B. Dönigus, O. Dordic, T. Drozhzhova, A. K. Dubey, A. Dubla, L. Ducroux, P. Dupieux, R. J. Ehlers, D. Elia, H. Engel, E. Epple, B. Erazmus, I. Erdemir, F. Erhardt, B. Espagnon, M. Estienne, S. Esumi, J. Eum, D. Evans, S. Evdokimov, G. Eyyubova, L. Fabbietti, D. Fabris, J. Faivre, A. Fantoni, M. Fasel, L. Feldkamp, D. Felea, A. Feliciello, G. Feofilov, J. Ferencei, A. Fernández Téllez, E. G. Ferreiro, A. Ferretti, A. Festanti, V. J.G. Feuillard, J. Figiel, M. A.S. Figueredo, S. Filchagin, D. Finogeev, F. M. Fionda, E. M. Fiore, M. G. Fleck, M. Floris, S. Foertsch, P. Foka, S. Fokin, E. Fragiacomo, A. Francescon, U. Frankenfeld, U. Fuchs, C. Furget, A. Furs, M. Fusco Girard, J. J. Gaardhøje, M. Gagliardi, A. M. Gago, M. Gallio, D. R. Gangadharan, P. Ganoti, C. Gao, C. Garabatos, E. Garcia-Solis, C. Gargiulo, P. Gasik, E. F. Gauger, M. Germain, A. Gheata, M. Gheata, P. Ghosh, S. K. Ghosh, P. Gianotti, P. Giubellino, P. Giubilato, E. Gladysz-Dziadus, P. Glässel, D. M. Goméz Coral, A. Gomez Ramirez, P. González-Zamora, S. Gorbunov, L. Görlich, S. Gotovac, V. Grabski, L. K. Graczykowski, K. L. Graham, A. Grelli, A. Grigoras, C. Grigoras, V. Grigoriev, A. Grigoryan, S. Grigoryan, B. Grinyov, N. Grion, J. F. Grosse-Oetringhaus, J. Y. Grossiord, R. Grosso, F. Guber, R. Guernane, B. Guerzoni, K. Gulbrandsen, H. Gulkanyan, T. Gunji, A. Gupta, R. Gupta, R. Haake, Haaland, C. Hadjidakis, M. Haiduc, H. Hamagaki, G. Hamar, J. W. Harris, A. Harton, D. Hatzifotiadou, S. Hayashi, S. T. Heckel, M. Heide, H. Helstrup, A. Herghelegiu, G. Herrera Corral, B. A. Hess, K. F. Hetland, T. E. Hilden, H. Hillemanns, B. Hippolyte, R. Hosokawa, P. Hristov, M. Huang, T. J. Humanic, N. Hussain, T. Hussain, D. Hutter, D. S. Hwang, R. Ilkaev, I. Ilkiv, M. Inaba, M. Ippolitov, M. Irfan, M. Ivanov, V. Ivanov, V. Izucheev, P. M. Jacobs, M. B. Jadhav, S. Jadlovska, C. Jahnke, H. J. Jang, M. A. Janik, P. H.S.Y. Jayarathna, C. Jena, S. Jena, R. T. Jimenez Bustamante, P. G. Jones, H. Jung, A. Jusko, P. Kalinak, A. Kalweit, J. Kamin, J. H. Kang, V. Kaplin, S. Kar, A. Karasu Uysal, O. Karavichev, T. Karavicheva, L. Karayan, E. Karpechev, U. Kebschull, R. Keidel, D. L.D. Keijdener, M. Keil, M. Mohisin Khan, P. Khan, S. A. Khan, A. Khanzadeev, Y. Kharlov, B. Kileng, B. Kim, D. W. Kim, D. J. Kim, H. Kim, J. S. Kim, M. Kim, M. Kim, S. Kim, T. Kim, S. Kirsch, I. Kisel, S. Kiselev, A. Kisiel, G. Kiss, J. L. Klay, C. Klein, J. Klein, C. Klein-Bösing, A. Kluge, M. L. Knichel, A. G. Knospe, T. Kobayashi, C. Kobdaj, M. Kofarago, T. Kollegger, A. Kolojvari, V. Kondratiev, N. Kondratyeva, E. Kondratyuk, A. Konevskikh, M. Kopcik, M. Kour, C. Kouzinopoulos, O. Kovalenko, V. Kovalenko, M. Kowalski, G. Koyithatta Meethaleveedu, J. Kral, I. Králik, A. Kravčáková, M. Kretz, M. Krivda, F. Krizek, E. Kryshen, M. Krzewicki, A. M. Kubera, V. Kučera, T. Kugathasan, C. Kuhn, P. G. Kuijer, A. Kumar, J. Kumar, L. Kumar, S. Kumar, P. Kurashvili, A. Kurepin, A. B. Kurepin, A. Kuryakin, S. Kushpil, M. J. Kweon, Y. Kwon, S. L. La Pointe, P. La Rocca, C. Lagana Fernandes, I. Lakomov, R. Langoy, C. Lara, A. Lardeux, A. Lattuca, E. Laudi, R. Lea, L. Leardini, G. R. Lee, S. Lee, I. Legrand, F. Lehas, R. C. Lemmon, V. Lenti, E. Leogrande, I. León Monzón, M. Leoncino, P. Lévai, S. Li, X. Li, J. Lien, R. Lietava, S. Lindal, V. Lindenstruth, C. Lippmann, M. A. Lisa, H. M. Ljunggren, D. F. Lodato, P. I. Loenne, V. Loginov, C. Loizides, X. Lopez, E. López Torres, A. Lowe, P. Luettig, M. Lunardon, G. Luparello, P. H.F.N.D. Luz, A. Maevskaya, M. Mager, S. Mahajan, S. M. Mahmood, A. Maire, R. D. Majka, M. Malaev, I. Maldonado Cervantes, L. Malinina, D. Mal'Kevich, P. Malzacher, A. Mamonov, V. Manko, F. Manso, V. Manzari, M. Marchisone, J. Mareš, G. V. Margagliotti, A. Margotti, J. Margutti, A. Marín, C. Markert, M. Marquard, N. A. Martin, J. Martin Blanco, P. Martinengo, M. I. Martínez, G. Martínez García, M. Martinez Pedreira, Y. Martynov, A. Mas, S. Masciocchi, M. Masera, A. Masoni, L. Massacrier, A. Mastroserio, H. Masui, A. Matyja, C. Mayer, J. Mazer, M. A. Mazzoni, D. McDonald, F. Meddi, Y. Melikyan, A. Menchaca-Rocha, E. Meninno, J. Mercado Pérez, M. Meres, Y. Miake, M. M. Mieskolainen, K. Mikhaylov, L. Milano, J. Milosevic, L. M. Minervini, A. Mischke, A. N. Mishra, D. Mis̈kowiec, J. Mitra, C. M. Mitu, N. Mohammadi, B. Mohanty, L. Molnar, L. Montaño Zetina, E. Montes, M. Morando, D. A. Moreira De Godoy, L. A.P. Moreno, S. Moretto, A. Morreale, A. Morsch, V. Muccifora, E. Mudnic, D. Mühlheim, S. Muhuri, M. Mukherjee, J. D. Mulligan, M. G. Munhoz, R. H. Munzer, S. Murray, L. Musa, J. Musinsky, B. Naik, R. Nair, B. K. Nandi, R. Nania, E. Nappi, M. U. Naru, C. Nattrass, K. Nayak, T. K. Nayak, S. Nazarenko, A. Nedosekin, L. Nellen, F. Ng, M. Nicassio, M. Niculescu, J. Niedziela, B. S. Nielsen, S. Nikolaev, S. Nikulin, V. Nikulin, F. Noferini, P. Nomokonov, G. Nooren, J. C.C. Noris, J. Norman, A. Nyanin, J. Nystrand, H. Oeschler, S. Oh, S. K. Oh, A. Ohlson, A. Okatan, T. Okubo, L. Olah, J. Oleniacz, A. C. Oliveira Da Silva, M. H. Oliver, J. Onderwaater, C. Oppedisano, R. Orava, A. Ortiz Velasquez, A. Oskarsson, J. Otwinowski, K. Oyama, M. Ozdemir, Y. Pachmayer, P. Pagano, G. Paić, C. Pajares, S. K. Pal, J. Pan, A. K. Pandey, D. Pant, P. Papcun, V. Papikyan, G. S. Pappalardo, P. Pareek, W. J. Park, S. Parmar, A. Passfeld, V. Paticchio, R. N. Patra, B. Paul, T. Peitzmann, H. Pereira Da Costa, E. Pereira De Oliveira Filho, D. Peresunko, C. E. Pérez Lara, E. Perez Lezama, V. Peskov, Y. Pestov, V. Petráček, V. Petrov, M. Petrovici, C. Petta, S. Piano, M. Pikna, P. Pillot, O. Pinazza, L. Pinsky, D. B. Piyarathna, M. Płoskon, M. Planinic, J. Pluta, S. Pochybova, P. L.M. Podesta-Lerma, M. G. Poghosyan, B. Polichtchouk, N. Poljak, W. Poonsawat, A. Pop, S. Porteboeuf-Houssais, J. Porter, J. Pospisil, S. K. Prasad, R. Preghenella, F. Prino, C. A. Pruneau, I. Pshenichnov, M. Puccio, G. Puddu, P. Pujahari, V. Punin, J. Putschke, H. Qvigstad, A. Rachevski, S. Raha, S. Rajput, J. Rak, A. Rakotozafindrabe, L. Ramello, F. Rami, R. Raniwala, S. Raniwala, S. S. Räsänen, B. T. Rascanu, D. Rathee, K. F. Read, J. S. Real, K. Redlich, R. J. Reed, A. Rehman, P. Reichelt, F. Reidt, X. Ren, R. Renfordt, A. R. Reolon, A. Reshetin, F. Rettig, J. P. Revol, K. Reygers, V. Riabov, R. A. Ricci, T. Richert, M. Richter, P. Riedler, W. Riegler, F. Riggi, C. Ristea, A. Rivetti, E. Rocco, M. Rodríguez Cahuantzi, A. Rodriguez Manso, K. Røed, E. Rogochaya, D. Rohr, D. Röhrich, R. Romita, F. Ronchetti, L. Ronette, P. Rosnet, A. Rossi, F. Roukoutakis, A. Roy, C. Roy, P. Roy, A. J. Rubio Montero, R. Rui, R. Russo, E. Ryabinkin, Y. Ryabov, A. Rybicki, S. Sadovsky, K. Šafařík, B. Sahlmuller, P. Sahoo, R. Sahoo, S. Sahoo, P. K. Sahu, J. Saini, S. Sakai, M. A. Saleh, C. A. Salgado, J. Salzwedel, S. Sambyal, V. Samsonov, L. Šándor, A. Sandoval, M. Sano, D. Sarkar, E. Scapparone, F. Scarlassara, R. P. Scharenberg, C. Schiaua, R. Schicker, C. Schmidt, H. R. Schmidt, S. Schuchmann, J. Schukraft, M. Schulc, T. Schuster, Y. Schutz, K. Schwarz, K. Schweda, G. Scioli, E. Scomparin, R. Scott, J. E. Seger, Y. Sekiguchi, D. Sekihata, I. Selyuzhenkov, K. Senosi, J. Seo, E. Serradilla, A. Sevcenco, A. Shabanov, A. Shabetai, O. Shadura, R. Shahoyan, A. Shangaraev, A. Sharma, M. Sharma, M. Sharma, N. Sharma, K. Shigaki, K. Shtejer, Y. Sibiriak, S. Siddhanta, K. M. Sielewicz, T. Siemiarczuk, D. Silvermyr, C. Silvestre, G. Simatovic, G. Simonetti, R. Singaraju, R. Singh, S. Singha, V. Singhal, B. C. Sinha, T. Sinha, B. Sitar, M. Sitta, T. B. Skaali, M. Slupecki, N. Smirnov, R. J.M. Snellings, T. W. Snellman, C. Søgaard, R. Soltz, J. Song, M. Song, Z. Song, F. Soramel, S. Sorensen, M. Spacek, E. Spiriti, I. Sputowska, M. Spyropoulou-Stassinaki, B. K. Srivastava, J. Stachel, I. Stan, G. Stefanek, E. Stenlund, G. Steyn, J. H. Stiller, D. Stocco, P. Strmen, A. A.P. Suaide, T. Sugitate, C. Suire, M. Suleymanov, M. Suljic, R. Sultanov, M. Šumbera, T. J.M. Symons, A. Szabo, A. Szanto De Toledo, I. Szarka, A. Szczepankiewicz, M. Szymanski, U. Tabassam, J. Takahashi, G. J. Tambave, N. Tanaka, M. A. Tangaro, J. D. Tapia Takaki, A. Tarantola Peloni, M. Tarhini, M. Tariq, M. G. Tarzila, A. Tauro, G. Tejeda Muñoz, A. Telesca, K. Terasaki, C. Terrevoli, B. Teyssier, J. Thäder, D. Thomas, R. Tieulent, A. R. Timmins, A. Toia, S. Trogolo, V. Trubnikov, W. H. Trzaska, T. Tsuji, A. Tumkin, R. Turrisi, T. S. Tveter, K. Ullaland, A. Uras, G. L. Usai, A. Utrobicic, M. Vajzer, L. Palomo Valencia, S. Vallero, J. Van Der Maarel, J. W. Van Hoorne, M. Van Leeuwen, T. Vanat, P. Vande Vyvre, D. Varga, A. Vargas, M. Vargyas, R. Varma, M. Vasileiou, A. Vasiliev, A. Vauthier, V. Vechernin, A. M. Veen, M. Veldhoen, A. Velure, M. Venaruzzo, E. Vercellin, S. Vergara Limón, R. Vernet, M. Verweij, L. Vickovic, G. Viesti, J. Viinikainen, Z. Vilakazi, O. Villalobos Baillie, A. Villatoro Tello, A. Vinogradov, L. Vinogradov, Y. Vinogradov, T. Virgili, V. Vislavicius, Y. P. Viyogi, A. Vodopyanov, M. A. Völkl, K. Voloshin, S. A. Voloshin, G. Volpe, B. Von Haller, I. Vorobyev, D. Vranic, J. Vrláková, B. Vulpescu, A. Vyushin, B. Wagner, J. Wagner, H. Wang, M. Wang, D. Watanabe, Y. Watanabe, M. Weber, S. G. Weber, J. P. Wessels, U. Westerhoff, J. Wiechula, J. Wikne, M. Wilde, G. Wilk, J. Wilkinson, M. C.S. Williams, B. Windelband, M. Winn, C. G. Yaldo, H. Yang, P. Yang, S. Yano, C. Yasar, Z. Yin, H. Yokoyama, I. K. Yoo, V. Yurchenko, I. Yushmanov, A. Zaborowska, V. Zaccolo, A. Zaman, C. Zampolli, H. J.C. Zanoli, S. Zaporozhets, N. Zardoshti, A. Zarochentsev, P. Závada, N. Zaviyalov, H. Zbroszczyk, I. S. Zgura, M. Zhalov, H. Zhang, X. Zhang, Y. Zhang, Z. Zhang, C. Zhao, N. Zhigareva, D. Zhou, Y. Zhou, Z. Zhou, H. Zhu, J. Zhu, A. Zichichi, A. Zimmermann, M. B. Zimmermann, G. Zinovjev, M. Zyzak

Research output: Contribution to journalArticle

15 Citations (Scopus)

Abstract

ALICE is one of four large experiments at the CERN Large Hadron Collider near Geneva, specially designed to study particle production in ultra-relativistic heavy-ion collisions. Located 52 meters underground with 28 meters of overburden rock, it has also been used to detect muons produced by cosmic ray interactions in the upper atmosphere. In this paper, we present the multiplicity distribution of these atmospheric muons and its comparison with Monte Carlo simulations. This analysis exploits the large size and excellent tracking capability of the ALICE Time Projection Chamber. A special emphasis is given to the study of high multiplicity events containing more than 100 reconstructed muons and corresponding to a muon areal density ρμ > 5.9 m-2. Similar events have been studied in previous underground experiments such as ALEPH and DELPHI at LEP. While these experiments were able to reproduce the measured muon multiplicity distribution with Monte Carlo simulations at low and intermediate multiplicities, their simulations failed to describe the frequency of the highest multiplicity events. In this work we show that the high multiplicity events observed in ALICE stem from primary cosmic rays with energies above 1016 eV and that the frequency of these events can be successfully described by assuming a heavy mass composition of primary cosmic rays in this energy range. The development of the resulting air showers was simulated using the latest version of QGSJET to model hadronic interactions. This observation places significant constraints on alternative, more exotic, production mechanisms for these events.

Original languageEnglish
Article number032
JournalJournal of Cosmology and Astroparticle Physics
Volume2016
Issue number1
DOIs
Publication statusPublished - 2016 Jan 19

All Science Journal Classification (ASJC) codes

  • Astronomy and Astrophysics

Fingerprint Dive into the research topics of 'Study of cosmic ray events with high muon multiplicity using the ALICE detector at the CERN Large Hadron Collider'. Together they form a unique fingerprint.

  • Cite this

    Adam, J., Adamov, D., Aggarwal, M. M., Aglieri Rinella, G., Agnello, M., Agrawal, N., Ahammed, Z., Ahn, S. U., Aiola, S., Akindinov, A., Alam, S. N., Aleksandrov, D., Alessandro, B., Alexandre, D., Alfaro Molina, R., Alici, A., Alkin, A., Almaraz, J. R. M., Alme, J., ... Zyzak, M. (2016). Study of cosmic ray events with high muon multiplicity using the ALICE detector at the CERN Large Hadron Collider. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, 2016(1), [032]. https://doi.org/10.1088/1475-7516/2016/01/032