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

Abraham, J.; Abreub, P.; Agliettaav, M.; Aguirrek, C.; Ahnbz, E. J.; Allardaa, D.; Allekottea, I.; Allencc, J.; Allisonce, P.; Alvarez Muñizbr, J.; Ambrosioaq, M.; Anchordoquico, L.; Andringabk, S.; Anzaloneau, A.; Aramoaq, C.; Argiróat, S.; Arisakach, K.; Arneodoaw, F.; Arquerosbo, F.; Aschah, T.; Asoreya, H.; Assisbk, P.; Aublinac, J.; Aveci, M.; Avilai, G.; Bäckeral, T.; Badagnanie, D.; Barberj, K. B.; Barbosam, A. F.; Barrosor, S. L. C.; Baughmance, B.; Bauleobx, P.; Beattyce, J. J.; Beauaa, T.; Beckercl, B. R.; Beckeraf, K. H.; Bellétoilead, A.; Bellidoj, J. A.; Cf,; Benzvicn, S.; Beratad, C.; Bernardiniap, P.; Bertoua, X.; Biermannai, P. L.; Billoirac, P.; Blanch Bigasac, O.; Blancobo, F.; Bleveap, C.; Blümerak, H.; Ag,; Boháčováci, M.; X,; Bonifaziac, C.; M,; Bonino, Raffaella; Brackbx, J.; Brogueirabk, P.; Brownby, W. C.; Bruijnbt, R.; Buchholzal, P.; Buenobq, A.; Burtonbv, R. E.; Buscaaa, N. G.; Caballero Moraak, K. S.; Carameteai, L.; Carusoas, R.; Carvalhoo, W.; Castellinaav, A.; Catalanoau, O.; Cazonci, L.; Cester, Rosanna; Chauvinad, J.; Chiavassa, Andrea; Chinellatop, J. A.; Choubz, A.; Cc,; Chudobax, J.; Chyecb, J.; Clayj, R. W.; Colombob, E.; Conceiçãobk, R.; Connollycm, B.; Contrerash, F.; Coppensbe, J.; Bg,; Cordierab, A.; Cottibc, U.; Coutucf, S.; Covaultbv, C. E.; Creusotbm, A.; Crisscf, A.; Croninci, J.; Curutiuai, A.; Dagoret Campagneab, S.; Daumillerag, K.; Dawsonj, B. R.; de Almeidap, R. M.; De Domenicoas, M.; De Donatoao, C.; de Jongbe, S. J.; De La Vegag, G.; de Mello Juniorp, W. J. M.; de Mello Netou, J. R. T.; De Mitriap, I.; de Souzao, V.; Decerpritaa, G.; del Peralbp, L.; Delignyz, O.; Della Selvaaq, A.; Delle Frattear, C.; Dembinskiaj, H.; Di Giulioar, C.; Diazcb, J. C.; Diepcp, P. N.; Dobrigkeitp, C.; D’Olivobd, J. C.; Dongcp, P. N.; Dornicz, D.; Dorofeevca, A.; dos Anjosm, J. C.; Dovae, M. T.; D’Ursoaq, D.; Dutanai, I.; Duvernoiscj, M. A.; Engelag, R.; Erdmannaj, M.; Escobarp, C. O.; Etchegoyenb, A.; Facal San Luisci, P.; Br,; Falckebe, H.; Bh,; Farrarcc, G.; Fauthp, A. C.; Fazzinibz, N.; Ferrerbv, F.; Ferrerob, A.; Fickcb, B.; Filevichb, A.; Filipčičbl, A.; Bm,; Fleckal, I.; Fliescheraj, S.; Fracchiollan, C. E.; Fraenkelbf, E. D.; Fulgioneav, W.; Gamarrab, R. F.; Gambettaam, S.; Garcíag, B.; García Gámezbq, D.; Garcia Pintobo, D.; Garridoag, X.; Ab,; Gelminich, G.; Gemmekeah, H.; Ghiaz, P. L.; Av,; Giaccariap, U.; Gillerbj, M.; Glassbz, H.; Gogginco, L. M.; Goldcl, M. S.; Golupa, G.; Gomez Albarracine, F.; Gómez Berissoa, M.; Gonçalvesbk, P.; Gonçalves do Amaralv, M.; Gonzalezak, D.; Gonzalezbq, J. G.; Ca,; Góraak, D.; Bi,; Gorgi, Alessio; Gouffono, P.; Grebebe, S.; Al,; Grigataj, M.; Grilloaw, A. F.; Guardincerrid, Y.; Guarinoaq, F.; Guedesq, G. P.; Gutiérrezbp, J.; H˙aguecl, J. D.; Halenkay, V.; Hansene, P.; Hararia, D.; Harmsmabf, S.; Bg,; Hartonbx, J. L.; Haungsag, A.; Healych, M. D.; Hebbekeraj, T.; Hebrerobp, G.; Heckag, D.; Hojvatbz, C.; Holmesj, V. C.; Homolabi, P.; Hörandelbe, J. R.; Hornefferbe, A.; Hrabovskýy, M.; X,; Huegeag, T.; Hussainbm, M.; Iarlorian, M.; Insoliaas, A.; Ionitaci, F.; Italianoas, A.; Jiraskovabe, S.; Kaducakbz, M.; Kampertaf, K. H.; Karovax, T.; Kasperbz, P.; Kéglab, B.; Keilhauerag, B.; Kempp, E.; Kieckhafercb, R. M.; Klagesag, H. O.; Kleifgesah, M.; Kleinfellerag, J.; Knapikbx, R.; Knappbt, J.; Koangad, D. H.; Kriegerb, A.; Krömerah, O.; Kruppkeaf, D.; Kuempelaf, D.; Kunkaah, N.; Kusenkoch, A.; La Rosaau, G.; Lachaudaa, C.; Lagou, B. L.; Leãot, M. S. A. B.; Lebrunad, D.; Lebrunbz, P.; Leech, J.; Leigui de Oliveirat, M. A.; Lemierez, A.; Letessier Selvonac, A.; Leutholdaj, M.; Lhenry Yvonz, I.; Lópezax, R.; Lopez Agüerabr, A.; Lozano Bahilobq, J.; Luceroav, A.; Luna Garcíaay, R.; Maccaroneau, M. C.; Macolinoan, C.; Malderaav, S.; Mandatx, D.; Mantschbz, P.; Mariazzie, A. G.; Marisak, I. C.; Marquez Falconbc, H. R.; Martelloap, D.; Martínezay, J.; Martínez Bravoax, O.; Mathesag, H. J.; Matthewsca, J.; Cg,; Matthewscl, J. A. J.; Matthiaear, G.; Maurizioat, D.; Mazurbz, P. O.; Mcewenbp, M.; Mcneilca, R. R.; Medina Tancobd, G.; Melissasak, M.; Meloat, D.; Menichetti, Ezio; Menshikovah, A.; Meyhandanbf, R.; Michelettib, M. I.; Mieleaq, G.; Millercl, W.; Miramontiao, L.; Molleracha, S.; Monasorbo, M.; Monnier Ragaigneab, D.; Montanetad, F.; Moralesbd, B.; Morelloav, C.; Morenoe, J. C.; Morrisce, C.; Mostafábx, M.; Muellerag, S.; Muellerp, M. A.; Mussaat, R.; Navarra, Gianni Maria; Navarrobq, J. L.; Navasbq, S.; Necesalx, P.; Nellenbd, L.; Newman Holmesbz, C.; Newtonbt, D.; Nhungcp, P. T.; Nierstenhoeferaf, N.; Nitzcb, D.; Nosekw, D.; Nožkax, L.; Oehlschlägerag, J.; Olintoci, A.; Olmos Gilbajabr, V. M.; Ortizbo, M.; Ortolaniar, F.; Pachecobp, N.; Pakk Selmi Deip, D.; Palatkax, M.; Pallottac, J.; Parentebr, G.; Parizotaa, E.; Parlatiaw, S.; Pastorbn, S.; Patelbt, M.; Paulcd, T.; Pavlidouci, V.; Payetad, K.; Pechx, M.; Pe¸kalabi, J.; Pelayobb, R.; Pepes, I. M.; Perroneap, L.; Pesceam, R.; Petermannck, E.; Petreraan, S.; Petrincaar, P.; Petroliniam, A.; Petrovbx, Y.; Petrovicbg, J.; Pfendnercn, C.; Pichelf, A.; Piegaiad, R.; Pierogag, T.; Pimentabk, M.; Pintobn, T.; Pirronelloas, V.; Pisantiaq, O.; Platinob, M.; Pochona, J.; Poncea, V. H.; Pontzal, M.; Priviteraci, P.; Prouzax, M.; Quelc, E. J.; Rautenbergaf, J.; Ravignanib, D.; Redondobp, A.; Reucroftcd, S.; Revenuae, B.; Rezendem, F. A. S.; Ridkyx, J.; Riggias, S.; Risseaf, M.; Al,; Rivièread, C.; Rizian, V.; Robledoax, C.; Rodriguezar, G.; Rodriguez Martinoas, J.; Rodriguez Rojoh, J.; Rodriguez Cabobr, I.; Rodríguez Fríasbp, M. D.; Rosbo, G.; Bp,; Rosadobo, J.; Rothag, M.; Rouillé d’Orfeuilaa, B.; Rouleta, E.; Roverof, A. C.; Salamidaan, F.; Salazarax, H.; Salinaar, G.; Sánchezbd, F.; Santanderh, M.; Santobk, C. E.; Santosu, E. M.; Sarazinbw, F.; Sarkarbs, S.; Satoh, R.; Scharfaj, N.; Scheriniaf, V.; Schielerag, H.; Schifferaj, P.; Schmidtah, A.; Schmidtci, F.; Schmidtak, T.; Scholtenbf, O.; Schoorlemmerbe, H.; Bg,; Schovancovax, J.; Schovánekx, P.; Schroederag, F.; Schulteaj, S.; Schüsslerag, F.; Schusterbw, D.; Sciuttoe, S. J.; Scuderias, M.; Segretoau, A.; Semikozaa, D.; Settimoap, M.; Shellardm, R. C.; N,; Sidelnikb, I.; Siffertu, B. B.; Smetniansky De Grandeb, N.; Smiałkowskibj, A.; Šmídax, R.; Smithbt, B. E.; Snowck, G. R.; Sommerscf, P.; Sorokinj, J.; Spinkabu, H.; Bz,; Squartinih, R.; Strazzeriab, E.; Stutzad, A.; Suarezb, F.; Suomijärviz, T.; Supanitskybd, A. D.; Sutherlandce, M. S.; Swaincd, J.; Szadkowskibj, Z.; Tamashirof, A.; Tamburroak, A.; Tarutinae, T.; Taşcaˇuaf, O.; Tcaciucal, R.; Tcherniakhovskiah, D.; Thaocp, N. T.; Thomasbx, D.; Ticonal, R.; Tiffenbergd, J.; Timmermansbg, C.; Be,; Tkaczykbj, W.; Todero Peixotop, C. J.; Tomébk, B.; Tonachini, Aurelio Siro; Torresax, I.; Travnicekx, P.; Tridapallio, D. B.; Tristramaa, G.; Trovatoas, E.; Tuciar, V.; Tuerose, M.; Ulrichag, R.; Ungerag, M.; Urbanab, M.; Valdés Galiciabd, J. F.; Valiñobr, I.; Valoreaq, L.; van den Bergbf, A. M.; Vázquezbr, R. A.; Veberičbm, D.; Bl,; Velardel, A.; Ventersci, T.; Verziar, V.; Videlaca, M.; Villaseñorbc, L.; Vorobiovbm, S.; Voyvodicbz, L.; Wahlberge, H.; Wahrlichj, P.; Wainbergb, O.; Warnerbx, D.; Watsonbt, A. A.; Westerhoffcn, S.; Whelanj, B. J.; Wieczorekbj, G.; Wienckebw, L.; Wilczyńskabi, B.; Wilczyńskibi, H.; Wilemanbt, C.; Winnickj, M. G.; Wuab, H.; Wundheilerb, B.; Ci,; Younkbx, P.; Yuanca, G.; Zasbr, E.; Zavrtanikbm, D.; Bl,; Zavrtanikbl, M.; Bm,; Zawcc, I.; Zepedaaz, A.; Ba,; Ziolkowskial, M.

doi:10.1016/j.astropartphys.2009.04.003

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 (1 EeV equivalent to 10(18) eV), 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. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.