Depth of maximum of air-shower profiles at the Pierre Auger Observatory. I. Measurements at energies above 10^17.8eV

Aab, A.; Abreu, P.; Aglietta, M.; Ahn, E.; Samarai, I. A.; Albuquerque, I.; Allekotte, I.; Allen, J.; Allison, P.; Almela, A. k.; Castillo, J. A.; Alvarez-Muñiz, J.; Batista, R. A.; Ambrosio, M.; Aminaei, A.; Anchordoqui, L.; Andringa, S.; Aramo, C.; Aranda, V.; Arqueros, F.; Asorey, H.; Assis, P.; Aublin, J.; Ave, M.; Avenier, M.; Avila, G.; Awal, N.; Badescu, A.; Barber, K.; Bäuml, J.; Baus, C.; Beatty, J.; Becker, K.; Bellido, J.; Berat, C.; Bertaina, M.; Bertou, X.; Biermann, P.; Billoir, P.; Blaess, S.; Blanco, M.; Bleve, C.; Blümer, H. a.; Boháčová, M.; Boncioli, D.; Bonifazi, C.; Bonino, R.; Borodai, N.; Brack, J.; Brancus, I.; Bridgeman, A.; Brogueira, P.; Brown, W.; Buchholz, P.; Bueno, A.; Buitink, S.; Buscemi, M.; Caballero-Mora, K.; Caccianiga, B.; Caccianiga, L.; Candusso, M.; Caramete, L.; Caruso, R.; Castellina, A.; Cataldi, G.; Cazon, L.; Cester, R.; Chavez, A.; Chiavassa, A.; Chinellato, J.; Chudoba, J.; Cilmo, M.; Clay, R.; Cocciolo, G.; Colalillo, R.; Coleman, A.; Collica, L.; Coluccia, M.; Conceição, R.; Contreras, F.; Cooper, M.; Cordier, A.; Coutu, S.; Covault, C.; Cronin, J.; Curutiu, A.; Dallier, R. a.; Daniel, B.; Dasso, S. a.; Daumiller, K.; Dawson, B.; Almeida, R. D.; Domenico, M. D.; S. b., De; Mello, J. D.; Mitri, I. D.; Oliveira, J. D.; Souza, V. D.; Peral, L. D.; Deligny, O.; Dembinski, H.; Dhital, N.; Giulio, C. D.; Matteo, A. D.; Diaz, J.; Castro, M. D.; Diogo, F.; Dobrigkeit, C.; Docters, W.; D'Olivo, J.; Dorofeev, A.; Hasankiadeh, Q. D.; Dova, M.; Ebr, J.; Engel, R.; Erdmann, M.; Erfani, M.; Escobar, C. a.; Espadanal, J.; Etchegoyen, A. k.; San, P. F.; H. b., Bj; Fang, K.; Farrar, G.; Fauth, A.; Fazzini, N.; Ferguson, A.; Fernandes, M.; Fick, B.; Figueira, J.; Filevich, A.; Filipčič, A. b.; Fox, B.; Fratu, O.; Fröhlich, U.; Fuchs, B.; Fujii, T.; Gaior, R.; García, B.; Roca, S. G.; Garcia-Gamez, D.; Garcia-Pinto, D.; Garilli, G.; Bravo, A. G.; Gate, F.; Gemmeke, H.; Ghia, P.; Giaccari, U.; Giammarchi, M.; Giller, M.; Glaser, C.; Glass, H.; Berisso, M. G.; Vitale, P. G.; Gonçalves, P.; Gonzalez, J.; González, N.; Gookin, B.; Gordon, J.; Gorgi, A.; Gorham, P.; Gouffon, P.; Grebe, S. b.; Griffith, N.; Grillo, A.; Grubb, T.; Guarino, F.; Guedes, G.; Hampel, M.; Hansen, P.; Harari, D.; Harrison, T.; Hartmann, S.; Harton, J.; Haungs, A.; Hebbeker, T.; Heck, D.; Heimann, P.; Herve, A.; Hill, G.; Hojvat, C.; Hollon, N.; Holt, E.; Homola, P.; Hörandel, J. b.; Horvath, P.; Hrabovský, M. b.; Huber, D.; Huege, T.; Insolia, A.; Isar, P.; Jandt, I.; Jansen, S. b.; Jarne, C.; Josebachuili, M.; Kääpä, A.; Kambeitz, O.; Kampert, K.; Kasper, P.; Katkov, I.; Kégl, B.; Keilhauer, B.; Keivani, A.; Kemp, E.; Kieckhafer, R.; Klages, H.; Kleifges, M.; Kleinfeller, J.; Krause, R.; Krohm, N.; Krömer, O.; Kruppke-Hansen, D.; Kuempel, D.; Kunka, N.; Lahurd, D.; Latronico, L.; Lauer, R.; Lauscher, M.; Lautridou, P.; Coz, S. L.; Leão, M.; Lebrun, D.; Lebrun, P.; M. L., De; Letessier-Selvon, A.; Lhenry-Yvon, I.; Link, K.; López, R.; Agüera, A. L.; Louedec, K.; Bahilo, J. L.; L. b., Lu; Lucero, A.; Ludwig, M.; Malacari, M.; Maldera, S.; Mallamaci, M.; Maller, J.; Mandat, D.; Mantsch, P.; Mariazzi, A.; Marin, V.; Mariş, I.; Marsella, G.; Martello, D.; Martin, L. a.; Martinez, H.; Bravo, O. M.; Martraire, D.; Meza, J. M.; Mathes, H.; Mathys, S.; Matthews, J.; Matthews, J.; Matthiae, G.; Maurel, D.; Maurizio, D.; Mayotte, E.; Mazur, P.; Medina, C.; Medina-Tanco, G.; Meissner, R.; Melissas, M.; Melo, D.; Menshikov, A.; Messina, S.; Meyhandan, R.; Mićanović, S.; Micheletti, M.; Middendorf, L.; Minaya, I.; Miramonti, L.; Mitrica, B.; Molina-Bueno, L.; Mollerach, S.; Monasor, M.; Ragaigne, D. M.; Montanet, F.; Morello, C.; Mostafá, M.; Moura, C.; Muller, M. c.; Müller, G.; Müller, S.; Münchmeyer, M.; Mussa, R.; Navarra, G.; Navas, S.; Necesal, P.; Nellen, L.; Nelles, A. b.; Neuser, J.; Nguyen, P.; Niechciol, M.; Niemietz, L.; Niggemann, T.; Nitz, D.; Nosek, D.; Novotny, V.; Nožka, L.; Ochilo, L.; Olinto, A.; Oliveira, M.; Pacheco, N.; Selmi-Dei, D. P.; Palatka, M.; Pallotta, J.; Palmieri, N.; Papenbreer, P.; Parente, G.; Parra, A.; Paul, T. c.; Pech, M.; P©kala, J.; Pelayo, R.; Pepe, I.; Perrone, L.; Petermann, E.; Peters, C.; Petrera, S. c.; Petrov, Y.; Phuntsok, J.; Piegaia, R.; Pierog, T.; Pieroni, P.; Pimenta, M.; Pirronello, V.; Platino, M.; Plum, M.; Porcelli, A.; Porowski, C.; Prado, R.; Privitera, P.; Prouza, M.; Purrello, V.; Quel, E.; Querchfeld, S.; Quinn, S.; Rautenberg, J.; Ravel, O.; Ravignani, D.; Revenu, B.; Ridky, J.; Riggi, S. c.; Risse, M.; Ristori, P.; Rizi, V.; W. R., De; Cabo, I. R.; Rodriguez, G. a.; Rojo, J. R.; Rodríguez-Frías, M.; Rogozin, D.; Ros, G.; Rosado, J.; Rossler, T.; Roth, M.; Roulet, E.; Rovero, A.; Saffi, S.; Saftoiu, A.; Salamida, F.; Salazar, H.; Saleh, A.; Greus, F. S.; Salina, G.; Sánchez, F.; Sanchez-Lucas, P.; Santo, C.; Santos, E.; Santos, E.; Sarazin, F.; Sarkar, B.; Sarmento, R.; Sato, R.; Scharf, N.; Scherini, V.; Schieler, H.; Schiffer, P.; Schmidt, D.; Scholten, O.; H. b., Bm; Schovánek, P.; Schulz, A.; Schulz, J.; Schumacher, J.; Sciutto, S.; Segreto, A.; Settimo, M.; Shadkam, A.; Shellard, R.; Sidelnik, I.; Sigl, G.; Sima, O.; ͆miałkowski, A.; Šmída, R.; Snow, G.; Sommers, P.; Sorokin, J.; Squartini, R.; Srivastava, Y.; Stanič, S.; Stapleton, J.; Stasielak, J.; Stephan, M.; Stutz, A.; Suarez, F.; Suomijärvi, T.; Supanitsky, A.; Sutherland, M.; Swain, J.; Szadkowski, Z.; Szuba, M.; Taborda, O.; Tapia, A.; Tartare, M.; Tepe, A.; Theodoro, V.; Timmermans, C. b.; Peixoto, C. T.; Toma, G.; Tomankova, L.; Tomé, B.; Tonachini, A.; Elipe, G. T.; Machado, D. T.; Travnicek, P.; Trovato, E.; Tueros, M.; Ulrich, R.; Unger, M.; Urban, M.; Galicia, J. V.; Valiño, I.; Valore, L.; Aar, G. V.; Bodegom, P. V.; Den, A. V.; Velzen, S. V.; Vliet, A. V.; Varela, E.; Cárdenas, B. V.; Varner, G.; Vázquez, J.; Vázquez, R.; Veberič, D.; Verzi, V.; Vicha, J.; Videla, M.; Villaseñor, L.; Vlcek, B.; Vorobiov, S.; Wahlberg, H.; Wainberg, O. k.; Walz, D.; Watson, A.; Weber, M.; Weidenhaupt, K.; Weindl, A.; Werner, F.; Widom, A.; Wiencke, L.; Wilczyńska, B.; Wilczyński, H.; Will, M.; Williams, C.; Winchen, T.; Wittkowski, D.; Wundheiler, B.; Wykes, S.; Yamamoto, T.; Yapici, T.; Yuan, G.; Yushkov, A.; Zamorano, B.; Zas, E.; Zavrtanik, D. b.; Zavrtanik, M. b.; Zaw, I.; Zepeda, A.; Zhou, J.; Zhu, Y.; Silva, M. Z.; Ziolkowski, M.; Zuccarello, F.

doi:10.1103/PhysRevD.90.122005

We report a study of the distributions of the depth of maximum, Xmax, of extensive air-shower profiles with energies above 1017.8eV as observed with the fluorescence telescopes of the Pierre Auger Observatory. The analysis method for selecting a data sample with minimal sampling bias is described in detail as well as the experimental cross-checks and systematic uncertainties. Furthermore, we discuss the detector acceptance and the resolution of the Xmax measurement and provide parametrizations thereof as a function of energy. The energy dependence of the mean and standard deviation of the Xmax distributions are compared to air-shower simulations for different nuclear primaries and interpreted in terms of the mean and variance of the logarithmic mass distribution at the top of the atmosphere.