Study of the Primary Cosmic-ray Composition Around the Knee of the Energy-spectrum

Aglietta, M.; Alessandro, B.; Antonioli, P.; Arneodo, F.; Bergamasco, Laura Maria; Bertaina, Mario Edoardo; Fauth, A. C.; Castagnoli, Carlo; Castellina, A.; Cattadori, C.; Chiavassa, Andrea; Cini, Giuliana; Piazzoli, B. D.; Disciascio, G.; Fulgione, W.; Galeotti, Piero; Ghia, P. L.; Iacovacci, M.; Mannocchi, G.; Melagrana, C.; Morello, C.; Navarra, Gianni Maria; Riccati, L.; Saavedra, Oscar; Trinchero, G. C.; Vallania, P.; Vernetto, S.; Ahlen, S.; Ambrosio, M.; Antolini, R.; Auriemma, G.; Baker, R.; Baldini, A.; Barbarino, G. C.; Barish, B. C.; Battistoni, G.; Bellotti, R.; Bemporad, C.; Bernardini, P.; Bilokon, H.; Bisi, Valdo; Bloise, C.; Bower, C.; Bussino, S.; Cafagna, F.; Calicchio, M.; Campana, D.; Carboni, M.; Cecchini, S.; Cei, F.; Chiarella, V.; Cormack, R.; Corona, A.; Coutu, S.; Decataldo, G.; Dekhissi, H.; Demarzo, C.; Demitri, L.; Devincenzi, M.; Dicredico, A.; Diehl, E.; Erriquez, O.; Favuzzi, C.; Ficenec, D.; Forti, C.; Fusco, P.; Giacomelli, G.; Giannini, G.; Giglietto, N.; Goretti, M.; Grassi, M.; Green, P.; Grillo, A.; Guarino, F.; Guarnaccia, P.; Gustavino, C.; Habig, A.; Hanson, K.; Heinz, R.; Hong, J. T.; Iarocci, E.; Katsavounidis, E.; Kearns, E.; Klein, S.; Kyriazopoulou, S.; Lamanna, E.; Lane, C.; Levin, D. S.; Lipari, P.; Liu, G.; Liu, R.; Longo, M. J.; Lu, Y.; Ludlam, G.; Mancarella, G.; Mandrioli, G.; Margiottaneri, A.; Marin, A.; Marini, A.; Martello, D.; Chiesa, A. M.; Matteuzzi, P.; Mazziotta, M. N.; Michael, D. G.; Mikheyev, S.; Miller, L.; Mittelbrun, M.; Monacelli, P.; Montaruli, T.; Monteno, M.; Mufson, S.; Musser, J.; Nicolo, D.; Nolty, R.; Nutter, S.; Okada, C.; Osteria, G.; Palamara, O.; Parlati, S.; Patera, V.; Patrizii, L.; Pavesi, B.; Pazzi, R.; Peck, C. W.; Petrakis, J.; Petrera, S.; Pignatano, N. D.; Pistilli, P.; Raino, A.; Reynoldson, J.; Ronga, F.; Sanzani, G.; Sanzgiri, A.; Sartogo, F.; Satriano, C.; Satta, L.; Scapparone, E.; Scholberg, K.; Sciubba, A.; Lugaresi, P. S.; Severi, M.; Sitta, M.; Spinelli, P.; Spinetti, M.; Spurio, M.; Steele, J.; Steinberg, R.; Stone, J. L.; Sulak, L. R.; Surdo, A.; Tarle, G.; Togo, V.; Valente, V.; Walter, C. W.; Webb, R.; Worstell, W.

doi:10.1016/0370-2693(94)90991-1

A study of the primary cosmic ray composition in the energy range 5.10(14)-5.10(15) eV is performed through the analysis of the deep underground muons and of the e.m. component of Extensive Air Showers detected in coincidence by the MACRO and EAS-TOP experiments at the Gran Sasso Laboratory. We conclude that: a) pure proton and Iron primary beams are excluded by the experimental data; b) a fraction of nuclei heavier than Helium is necessary to explain the experimental data both below and above the knee; c) a mixed composition, obtained a priori from extrapolations of the spectra directly measured below 100 TeV, yields a reasonable account of the observations up to the knee of the primary spectrum.