Search for ultrarelativistic magnetic monopoles with the Pierre Auger Observatory

Aab A.; Abreu P.; Aglietta M.; Al Samarai I.; Albuquerque I. F. M.; Allekotte I.; Almela A.; Alvarez Castillo J.; Alvarez-Muñiz J.; Ambrosio M.; Anastasi G. A.; Anchordoqui L.; Andrada B.; Andringa S.; Aramo C.; Arqueros F.; Arsene N.; Asorey H.; Assis P.; Aublin J.; Avila G.; Badescu A. M.; Balaceanu A.; Barreira Luz R. J.; Baus C.; Beatty J. J.; Becker K. H.; Bellido J. A.; Berat C.; Bertaina M. E.; Bertou X.; Biermann P. L.; Billoir P.; Biteau J.; Blaess S. G.; Blanco A.; Blazek J.; Bleve C.; Boháčová M.; Boncioli D.; Bonifazi C.; Borodai N.; Botti A. M.; Brack J.; Brancus I.; Bretz T.; Bridgeman A.; Briechle F. L.; Buchholz P.; Bueno A.; Buitink S.; Buscemi M.; Caballero-Mora K. S.; Caccianiga L.; Cancio A.; Canfora F.; Caramete L.; Caruso R.; Castellina A.; Cataldi G.; Cazon L.; Cester R.; Chavez A. G.; Chinellato J. A.; Chudoba J.; Clay R. W.; Colalillo R.; Coleman A.; Collica L.; Coluccia M. R.; Conceição R.; Contreras F.; Cooper M. J.; Coutu S.; Covault C. E.; Cronin J.; D'Amico S.; Daniel B.; Dasso S.; Daumiller K.; Dawson B. R.; de Almeida R. M.; de Jong S. J.; De Mauro G.; de Mello Neto J. R. T.; De Mitri I.; de Oliveira J.; de Souza V.; Debatin J.; Deligny O.; Di Giulio C.; Di Matteo A.; Díaz Castro M. L.; Diogo F.; Dobrigkeit C.; D'Olivo J. C.; Dorofeev A.; dos Anjos R. C.; Dova M. T.; Dundovic A.; Ebr J.; Engel R.; Erdmann M.; Erfani M.; Escobar C. O.; Espadanal J.; Etchegoyen A.; Falcke H.; Fang K.; Farrar G.; Fauth A. C.; Fazzini N.; Fick B.; Figueira J. M.; Filipčič A.; Fratu O.; Freire M. M.; Fujii T.; Fuster A.; Gaior R.; García B.; Garcia-Pinto D.; Gaté F.; Gemmeke H.; Gherghel-Lascu A.; Ghia P. L.; Giaccari U.; Giammarchi M.; Giller M.; Głas D.; Glaser C.; Glass H.; Golup G.; Gómez Berisso M.; Gómez Vitale P. F.; González N.; Gookin B.; Gorgi A.; Gorham P.; Gouffon P.; Grillo A. F.; Grubb T. D.; Guarino F.; Guedes G. P.; Hampel M. R.; Hansen P.; Harari D.; Harrison T. A.; Harton J. L.; Hasankiadeh Q.; Haungs A.; Hebbeker T.; Heck D.; Heimann P.; Herve A. E.; Hill G. C.; Hojvat C.; Holt E.; Homola P.; Hörandel J. R.; Horvath P.; Hrabovský M.; Huege T.; Hulsman J.; Insolia A.; Isar P. G.; Jandt I.; Jansen S.; Johnsen J. A.; Josebachuili M.; Kääpä A.; Kambeitz O.; Kampert K. H.; Kasper P.; Katkov I.; Keilhauer B.; Kemp E.; Kemp J.; Kieckhafer R. M.; Klages H. O.; Kleifges M.; Kleinfeller J.; Krause R.; Krohm N.; Kuempel D.; Kukec Mezek G.; Kunka N.; Kuotb Awad A.; Lahurd D.; Lauscher M.; Lebrun P.; Legumina R.; Leigui de Oliveira M. A.; Letessier-Selvon A.; Lhenry-Yvon I.; Link K.; Lopes L.; López R.; López Casado A.; Luce Q.; Lucero A.; Malacari M.; Mallamaci M.; Mandat D.; Mantsch P.; Mariazzi A. G.; Mariş I. C.; Marsella G.; Martello D.; Martinez H.; Martínez Bravo O.; Masías Meza J. J.; Mathes H. J.; Mathys S.; Matthews J.; Matthews J. A. J.; Matthiae G.; Mayotte E.; Mazur P. O.; Medina C.; Medina-Tanco G.; Melo D.; Menshikov A.; Messina S.; Micheletti M. I.; Middendorf L.; Minaya I. A.; Miramonti L.; Mitrica B.; Mockler D.; Molina-Bueno L.; Mollerach S.; Montanet F.; Morello C.; Mostafá M.; Müller G.; Muller M. A.; Müller S.; Naranjo I.; Nellen L.; Neuser J.; Nguyen P. H.; Niculescu-Oglinzanu M.; Niechciol M.; Niemietz L.; Niggemann T.; Nitz D.; Nosek D.; Novotny V.; Nožka H.; Núñez L. A.; Ochilo L.; Oikonomou F.; Olinto A.; Pakk Selmi-Dei D.; Palatka M.; Pallotta J.; Papenbreer P.; Parente G.; Parra A.; Paul T.; Pech M.; Pedreira F.; Pękala J.; Pelayo R.; Peña-Rodriguez J.; Pereira L. A. S.; Perrone L.; Peters C.; Petrera S.; Phuntsok J.; Piegaia R.; Pierog T.; Pieroni P.; Pimenta M.; Pirronello V.; Platino M.; Plum M.; Porowski C.; Prado R. R.; Privitera P.; Prouza M.; Quel E. J.; Querchfeld S.; Quinn S.; Ramos-Pollan R.; Rautenberg J.; Ravignani D.; Reinert D.; Revenu B.; Ridky J.; Risse M.; Ristori P.; Rizi V.; Rodrigues de Carvalho W.; Rodriguez Fernandez G.; Rodriguez Rojo J.; Rogozin D.; Roth M.; Roulet E.; Rovero A. C.; Saffi S. J.; Saftoiu A.; Salamida F.; Salazar H.; Saleh A.; Salesa Greus F.; Salina G.; Sanabria Gomez J. D.; Sánchez F.; Sanchez-Lucas P.; Santos E. M.; Santos E.; Sarazin F.; Sarkar B.; Sarmento R.; Sarmiento C. A.; Sato R.; Schauer M.; Scherini V.; Schieler H.; Schimp M.; Schmidt D.; Scholten O.; Schovánek P.; Schröder F. G.; Schulz A.; Schulz J.; Schumacher J.; Sciutto S. J.; Segreto A.; Settimo M.; Shadkam A.; Shellard R. C.; Sigl G.; Silli G.; Sima O.; Śmiałkowski A.; Šmída R.; Snow G. R.; Sommers P.; Sonntag S.; Sorokin J.; Squartini R.; Stanca D.; Stanič S.; Stasielak J.; Stassi P.; Strafella F.; Suarez F.; Suarez Durán M.; Sudholz T.; Suomijärvi T.; Supanitsky A. D.; Swain J.; Szadkowski Z.; Taboada A.; Taborda O. A.; Tapia A.; Theodoro V. M.; Timmermans C.; Todero Peixoto C. J.; Tomankova L.; Tomé B.; Torralba Elipe G.; Torres Machado D.; Torri M.; Travnicek P.; Trini M.; Ulrich R.; Unger M.; Urban M.; Valdés Galicia J. F.; Valiño I.; Valore L.; van Aar G.; van Bodegom P.; van den Berg A. M.; van Vliet A.; Varela E.; Vargas Cárdenas B.; Varner G.; Vázquez J. R.; Vázquez R. A.; Veberič D.; Vergara Quispe I. D.; Verzi V.; Vicha J.; Villaseñor L.; Vorobiov S.; Wahlberg H.; Wainberg O.; Walz D.; Watson A. A.; Weber M.; Weindl A.; Wiencke L.; Wilczyński H.; Winchen T.; Wittkowski D.; Wundheiler B.; Wykes S.; Yang L.; Yelos D.; Yushkov A.; Zas E.; Zavrtanik D.; Zavrtanik M.; Zepeda A.; Zimmermann B.; Ziolkowski M.; Zong Z.; Zuccarello F.

doi:10.1103/PhysRevD.94.082002

We present a search for ultrarelativistic magnetic monopoles with the Pierre Auger observatory. Such particles, possibly a relic of phase transitions in the early Universe, would deposit a large amount of energy along their path through the atmosphere, comparable to that of ultrahigh-energy cosmic rays (UHECRs). The air-shower profile of a magnetic monopole can be effectively distinguished by the fluorescence detector from that of standard UHECRs. No candidate was found in the data collected between 2004 and 2012, with an expected background of less than 0.1 event from UHECRs. The corresponding 90% confidence level (C.L.) upper limits on the flux of ultrarelativistic magnetic monopoles range from 10 − 19 ( cm 2 sr s ) − 1 for a Lorentz factor γ = 1 0 9 to 2.5 × 10 − 21 ( cm 2 sr s ) − 1 for γ = 1 0 12 . These results—the first obtained with a UHECR detector—improve previously published limits by up to an order of magnitude.