Muon counting using silicon photomultipliers in the AMIGA detector of the Pierre Auger observatory

Aab, A.; Abreu, P.; Aglietta, M.; Ahn, E. J.; Samarai, I. Al; Al Samarai, I.; Albuquerque, I. F. M.; Allekotte, I.; Allison, P.; Almela, A.; Castillo, J. Alvarez; 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.; 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.; Bravo, O. Mart; Caccianiga, B.; Caccianiga, L.; Cancio, A.; Canfora, F.; Caramete, L.; Meza, J. J. Mas; Caruso, R.; Castellina, A.; Cataldi, G.; Cazon, L.; Cester, R.; Chavez, A. G.; Chiavassa, A.; 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.; Dallier, R.; D'Amico, S.; Daniel, B.; Dasso, S.; Daumiller, K.; De Mauro, G.; Dawson, B. R.; de Almeida, R. M.; Mauro, G. De; de Jong, S. J.; Neto, J. R. T. de Mello; Mitri, I. De; de Mitri, I.; de Mello Neto, J. R. T.; de Oliveira, J.; de Souza, V.; Debatin, J.; del Peral, L.; Peral, L. del; Deligny, O.; Di Giulio, C.; Di Matteo, A.; Díaz Castro, M. L.; Giulio, C. Di; Matteo, A. Di; Diogo, F.; D'Olivo, J. C.; Dobrigkeit, C.; Castro, M. L. Díaz; Dorofeev, A.; dos Anjos, R. C.; Dova, M. T.; Dundovic, A.; Ebr, J.; Anjos, R. C. dos; 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.; Filevich, A.; Filipčič, A.; Fratu, O.; Freire, M. M.; Fujii, T.; Fuster, A.; García, B.; Garcia-Pinto, D.; Gaté, F.; Gemmeke, H.; Gherghel-Lascu, A.; Ghia, P. L.; Giaccari, U.; Souza, De; Giammarchi, M.; Giller, M.; Głas, D.; Glaser, C.; Glass, H.; Golup, G.; Gómez Berisso, M.; Gómez Vitale, P. F.; Berisso, M. Gómez; González, N.; Vitale, P. F. Gómez; Gookin, B.; Gordon, J.; 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.; Kieckhafer, R. M.; Klages, H. O.; Kleifges, M.; Kleinfeller, J.; Krause, R.; Krohm, N.; Kuempel, D.; Kukec Mezek, G.; Mezek, G. Kukec; Kunka, N.; Kuotb Awad, A.; Awad, A. Kuotb; LaHurd, D.; Latronico, L.; Lauscher, M.; Lautridou, P.; Collaboration, Pierre Auger; Lebrun, P.; Legumina, R.; de Oliveira, Leigui; Letessier-Selvon, A.; de Oliveira, M. A. Leigui; Lhenry-Yvon, I.; Link, K.; Lopes, L.; López, R.; López Casado, A.; Luce, Q.; Casado, A. López; 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.; Navas, S.; 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.; Selmi-Dei, D. Pakk; Oikonomou, F.; Olinto, A.; Pakk Selmi-Dei, D.; Palatka, M.; Pallotta, J.; Papenbreer, P.; Parente, G.; Parra, A.; Paul, T.; Pȩkala, J.; Pech, M.; Pedreira, F.; Pe, 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-Pollant, R.; Rautenberg, J.; Ravel, O.; Ravignani, D.; Reinert, D.; Revenu, B.; Ridky, J.; de Carvalho, W. Rodrigues; Risse, M.; Fernandez, G. Rodriguez; Ristori, P.; Rojo, J. Rodriguez; Rizi, V.; Rodrigues de Carvalho, W.; Rodriguez Fernandez, G.; Rodriguez Rojo, J.; Rodríguez-Frías, M. D.; Rogozin, D.; Rosado, J.; Roth, M.; Roulet, E.; Rovero, A. C.; Saffi, S. J.; Saftoiu, A.; Greus, F. Salesa; Salazar, H.; Saleh, A.; Salesa Greus, F.; Salina, G.; Gomez, J. D. Sanabria; Sánchez, F.; Sanchez-Lucas, P.; Santos, E. M.; Santos, E.; Sarazin, F.; Sarkar, B.; Sarmento, R.; Sarmiento-Cano, C.; Sato, R.; Scarso, C.; Schauer, M.; Scherini, V.; Schieler, H.; 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.; Galicia, J. F. Vald; Šmída, R.; Snow, G. R.; Sommers, P.; Sonntag, S.; Sorokin, J.; Squartini, R.; Stanca, D.; Stanič, S.; Stasielak, J.; Durán, M. Suarez; Strafella, F.; Suarez, F.; Suarez Durán, M.; Sudholz, T.; Suomijärvi, T.; Supanitsky, A. D.; Sutherland, M. S.; Swain, J.; Szadkowski, Z.; Taborda, O. A.; Tapia, A.; Tepe, A.; Peixoto, C. J. Todero; Theodoro, V. M.; Timmermans, C.; Todero Peixoto, C. J.; Tomankova, L.; Elipe, G. Torralba; Tomé, B.; Tonachini, A.; Machado, D. Torres; Torralba Elipe, G.; Torres Machado, D.; Torri, M.; Travnicek, P.; Trini, M.; Ulrich, R.; Unger, M.; Urban, M.; Valbuena-Delgado, A.; Aar, G. van; Valdés Galicia, J. F.; Valiño, I.; Bodegom, P. van; Valore, L.; van Aar, G.; Vliet, A. van; Berg, A. M. van den; van Bodegom, P.; van den Berg, A. M.; van Vliet, A.; Varela, E.; Vargas Cárdenas, B.; Varner, G.; Cárdenas, B. Vargas; Vázquez, J. R.; Vázquez, R. A.; Veberič, 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.

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arXiv, 2017

DOI: 10.48550/arxiv.1703.06193

IOP Publishing, Journal of Instrumentation, 03(12), p. P03002-P03002

DOI: 10.1088/1748-0221/12/03/p03002

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Muon counting using silicon photomultipliers in the AMIGA detector of the Pierre Auger observatory

Journal article published in 2017 by A. Aab, P. Abreu, M. Aglietta, E. J. Ahn, I. Al Samarai, I. Al Samarai, I. F. M. Albuquerque, I. Allekotte, P. Allison, A. Almela, J. Alvarez Castillo, J. Alvarez-Muñiz, M. Ambrosio, G. A. Anastasi, L. Anchordoqui and other authors.

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AMIGA (Auger Muons and Infill for the Ground Array) is an upgrade of the Pierre Auger Observatory designed to extend its energy range of detection and to directly measure the muon content of the cosmic ray primary particle showers. The array will be formed by an infill of surface water-Cherenkov detectors associated with buried scintillation counters employed for muon counting. Each counter is composed of three scintillation modules, with a 10 m$^2$ detection area per module. In this paper, a new generation of detectors, replacing the current multi-pixel photomultiplier tube (PMT) with silicon photo sensors (aka. SiPMs), is proposed. The selection of the new device and its front-end electronics is explained. A method to calibrate the counting system that ensures the performance of the detector is detailed. This method has the advantage of being able to be carried out in a remote place such as the one where the detectors are deployed. High efficiency results, i.e. 98 % efficiency for the highest tested overvoltage, combined with a low probability of accidental counting ($∼$2 %), show a promising performance for this new system.

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