Upper limit on the cosmic-ray photon fraction at EeV energies from the Pierre Auger Observatory

Abraham, J.; Abreu, P.; Aglietta, M.; Aguirre, C.; Allard, D.; Allekotte, I.; Allen, J.; Allison, P.; Alvarez Muniz, J.; Ambrosio, M.; Anchordoqui, L.; Andringa, S.; Anzalone, A.; Aramo, C.; Argiro', S.; Arisaka, K.; Armengaud, E.; Arneodo, F.; Arquero, F.; Asch, T.; Asorey, H.; Assis, P.; Atulugama, B. S.; Aublin, J.; Ave, M.; Avila, G.; Backer, T.; Badagnani, D.; Barbosa, A. F.; Barnhill, D.; Barroso, S. L. C.; Bauleo, P.; Beatty, J. J.; Beau, T.; Becker, B. R.; Becker, K. H.; Bellido, J. A.; Benzvi, S.; Berat, C.; Bergmann, T.; Bernardini, Paolo; Bertou, X.; Biermann, P. L.; Billoir, P.; Blanch Bigas, O.; Blanco, F.; Blasi, P.; Bleve, Carla; Blumer, H.; Bohacova, M.; Bonifazi, C.; Bonino, R.; Boratav, M.; Brack, J.; Brogueira, P.; Brown, W. C.; Buchholz, P.; Bueno, A.; Burton, R. E.; Busca, N. G.; Caballero Mora, K. S.; Cai, B.; Camin, D. V.; Caramete, L.; Caruso, R.; Carvalho, W.; Castellina, A.; Catalano, O.; Cataldi, G.; Cazon, L.; Cester, R.; Chauvin, J.; Chiavassa, A.; Chinellato, J. A.; Chou, A.; Chye, J.; Clark, P. D. J.; Clay, R. W.; Colombo, E.; Conceicao, R.; Connolly, B.; Contreras, F.; Coppens, J.; Cordier, A.; Cotti, U.; Coutu, S.; Covault, C. E.; Creusot, A.; Criss, A.; Cronin, J.; Curutiu, A.; Dagoret Campagne, S.; Daumiller, K.; Dawson, B. R.; de Almeida, R. M.; De Donato, C.; de Jong, S. J.; De La Vega, G.; de Mello Junior, W. J. M.; de Mello Neto, J. R. T.; DE MITRI, Ivan; de Souza, V.; del Peral, L.; Deligny, O.; Della Selva, A.; Delle Fratte, C.; Dembinski, H.; Di Giulio, C.; Diaz, J. C.; Dobrigkeit, C.; D’Olivo, J. C.; Dornic, D.; Dorofeev, A.; dos Anjos, J. C.; Dova, M. T.; D’Urso, D.; Dutan, I.; Duvernois, M. A.; Engel, R.; Epele, L.; Erdmann, M.; Escobar, C. O.; Etchegoyen, A.; Facal San Luis, P.; Falcke, H.; Farrar, G.; Fauth, A. C.; Fazzini, N.; Ferrer, F.; Ferry, S.; Fick, B.; Filevich, A.; Filipcic, A.; Fleck, I.; Fonte, R.; Fracchiolla, C. E.; Fulgione, W.; Garcia, B.; Garcia Gamez, D.; Garcia Pinto, D.; Garrido, X.; Geenen, H.; Gelmini, G.; Gemmeke, H.; Ghia, P. L.; Giller, M.; Glass, H.; Gold, M. S.; Golup, G.; Gomez Albarracin, F.; Gomez Berisso, M.; Gomez Herrero, R.; Goncalves, P.; Goncalves do Amaral, M.; Gonzalez, D.; Gonzalez, J. G.; Gonzalez, M.; Gora, D.; Gorgi, A.; Gouffon, P.; Grassi, V.; Grillo, A. F.; Grunfeld, C.; Guardincerri, Y.; Guarino, F.; Guedes, G. P.; Gutierrez, J.; Hague, J. D.; Hamilton, J. C.; Hansen, P.; Harari, D.; Harmsma, S.; Harton, J. L.; Haungs, A.; Hauschildt, T.; Healy, M. D.; Hebbeker, T.; Hebrero, G.; Heck, D.; Hojvat, C.; Holmes, V. C.; Homola, P.; Horandel, J.; Horneffer, A.; Horvat, M.; Hrabovsky, M.; Huege, T.; Hussain, M.; Iarlori, M.; Insolia, A.; Ionita, F.; Italiano, A.; Kaducak, M.; Kampert, K. H.; Karova, T.; Kegl, B.; Keilhauer, B.; Kemp, E.; Kieckhafer, R. M.; Klages, H. O.; Kleifges, M.; Kleinfeller, J.; Knapik, R.; Knapp, J.; Koang, D. H.; Krieger, A.; Kromer, O.; Kuempel, D.; Kunka, N.; Kusenko, A.; La Rosa, G.; Lachaud, C.; Lago, B. L.; Lebrun, D.; Lebrun, P.; Lee, J.; Leigui de Oliveira, M. A.; Letessier Selvon, A.; Leuthold, M.; Lhenry Yvon, I.; Lopez, R.; Lopez Aguera, A.; Lozano Bahilo, J.; Luna Garcia, R.; Maccarone, M. C.; Macolino, C.; Maldera, S.; Mancarella, Giovanni; Mancenido, M. E.; Mandat, D.; Mantsch, P.; Mariazzi, A. G.; Maris, I. C.; Marquez Falcon, H. R.; Martello, Daniele; Martinez, J.; Martinez Bravo, O.; Mathes, H. J.; Matthews, J.; Matthews, J. A. J.; Matthiae, G.; Maurizio, D.; Mazur, P. O.; Mccauley, T.; Mcewen, M.; Mcneil, R. R.; Medina, M. C.; Medina Tanco, G.; Meli, A.; Melo, D.; Menichetti, E.; Menschikov, A.; Meurer, C. h. r.; Meyhandan, R.; Micheletti, M. I.; Miele, G.; Miller, W.; Mollerach, S.; Monasor, M.; Monnier Ragaigne, D.; Montanet, F.; Morales, B.; Morello, C.; Moreno, J. C.; Morris, C.; Mostafa, M.; Muller, M. A.; Mussa, R.; Navarra, G.; Navarro, J. L.; Navas, S.; Necesal, P.; Nellen, L.; Newman Holmes, C.; Newton, D.; Thao, N. T.; Nierstenhoefer, N.; Nitz, D.; Nosek, D.; Nozka, L.; Oehlschlager, J.; Ohnuki, T.; Olinto, A.; Olmos Gilbaja, V. M.; Ortiz, M.; Ortolani, F.; Ostapchenko, S.; Otero, L.; Pacheco, N.; Pakk Selmi Dei, D.; Palatka, M.; Pallotta, J.; Parente, G.; Parizot, E.; Parlati, S.; Pastor, S.; Patel, M.; Paul, T.; Pavlidou, V.; Payet, K.; Pech, M.; Pekala, J.; Pelayo, R.; Pepe, I. M.; Perrone, Lorenzo; Petrera, S.; Petrinca, P.; Petrov, Y.; Diep, P. N.; Dong, P. N.; Nhung, P. T.; Pichel, A.; Piegaia, R.; Pierog, T.; Pimenta, M.; Pinto, T.; Pirronello, V.; Pisanti, O.; Platino, M.; Pochon, J.; Privitera, P.; Prouza, M.; Quel, E. J.; Rautenberg, J.; Redondo, A.; Reucroft, S.; Revenu, B.; Rezende, F. A. S.; Ridky, J.; Riggi, S.; Risse, M.; Riviere, C.; Rizi, V.; Roberts, M.; Robledo, C.; Rodriguez, G.; Rodriguez Frias, M. D.; Rodriguezmartino, J.; Rodriguez Rojo, J.; Rodriguez Cabo, I.; Ros, G.; Rosado, J.; Roth, M.; Roucelle, C.; Rouille' d’Orfeuil, B.; Roulet, E.; Rovero, A. C.; Salamida, F.; Salazar, H.; Salina, G.; Sanchez, F.; Santander, M.; Santo, C. E.; Santos, E. M.; Sarazin, F.; Sarkar, S.; Sato, R.; Scherini, V.; Schieler, H.; Schmidt, A.; Schmidt, F.; Schmidt, T.; Scholten, O.; Schovanek, P.; Schussler, F.; Sciutto, S. J.; Scuderi, M.; Segreto, A.; Semikoz, D.; Settimo, Mariangela; Shellard, R. C.; Sidelnik, I.; Siffert, B. B.; Sigl, G.; Smetniansky De Grande, N.; Smialkowski, A.; Smida, R.; Smith, A. G. K.; Smith, B. E.; Snow, G. R.; Sokolsky, P.; Sommers, P.; Sorokin, J.; Spinka, H.; Squartini, R.; Strazzeri, E.; Stutz, A.; Suarez, F.; Suomijarvi, T.; Supanitsky, A. D.; Sutherland, M. S.; Swainc, J.; Szadkowski, Z.; Takahashi, J.; Tamashiro, A.; Tamburro, A.; Tascau, O.; Tcaciuc, R.; Thomas, D.; Ticon, R.; Tiffenberg, J.; Timmermans, C.; Tkaczyk, W.; Todero Peixoto, C. J.; Tome', B.; Tonachini, A.; Torres, I.; Torresi, D.; Travnicek, P.; Tripathi, A.; Tristram, G.; Tscherniakhovski, D.; Tueros, M.; Tunnicliffe, V.; Ulrich, R.; Unger, M.; Urbana, M.; Valdes Galicia, J. F.; Valino, I.; Valore, L.; van den Berg, A. M.; van Elewyck, V.; Vazquez, R. A.; Veberic, D.; Veiga, A.; Velarde, A.; Ventersc, T.; Verzi, V.; Videl, M.; Villasenor, L.; Vorobiov, S.; Voyvodic, L.; Wahlber, H.; Wainber, O.; Walker, P.; Warner, D.; Watson, A. A.; Westerhoff, S.; Wieczorek, G.; Wiencke, L.; Wilczynska, B.; Wilczynski, H.; Wileman, C.; Winnick, M. G.; Wua, H.; Wundheiler, B.; Yamamoto, T.; Younk, P.; Zasb, E.; Zavrtanik, D.; Zavrtanik, M.; Zech, A.; Zepeda, A.; Ziolkowski, M.

From direct observations of the longitudinal development of ultra-high energy air showers performed with the Pierre Auger Observatory, upper limits of 3.8%, 2.4%, 3.5% and 11.7% (at 95% c.l.) are obtained on the fraction of cosmic-ray photons above 2, 3, 5 and 10 EeV, respectively. These are the first experimental limits on ultra-high energy photons at energies below 10 EeV. The results complement previous constraints on top–down models from array data and they reduce systematic uncertainties in the interpretation of shower data in terms of primary flux, nuclear composition and proton-air cross-section.