Depth of maximum of air-shower profiles at the Pierre Auger Observatory. I. Measurements at energies above 10(17.8) eV

Aab, A.; Abreu, P.; Aglietta, M.; Ahn, E. J.; Al Samarai, I.; Albuquerque, I. F. M.; Allekotte, I.; Allen, J.; Allison, P.; Almela, A.; Alvarez Castillo, J.; Alvarez Muniz, J.; Alves, Batista R.; Ambrosio, M.; Aminaei, A.; Anchordoqui, L.; Andringa, S.; Aramo, C.; Aranda, V. M.; Arqueros, F.; Asorey, H.; Assis, P.; Aublin, J.; Ave, M.; Avenier, M.; Avila, G.; Awal, N.; Badescu, A. M.; Barber, K. B.; Baeuml, J.; Baus, C.; Beatty, J. J.; Becker, K. H.; Bellido, J. A.; Berat, C.; Bertaina, M. E.; Bertou, X.; Biermann, P. L.; Billoir, P.; Blaess, S.; Blanco, M.; Bleve, C.; Bluemer, H.; Bohacova, M.; Boncioli, D.; Bonifazi, C.; Bonino, R.; Borodai, N.; Brack, J.; Brancus, I.; Bridgeman, A.; Brogueira, P.; Brown, W. C.; Buchholz, P.; Bueno, A.; Buitink, S.; Buscemi, M.; Caballero Mora, K. S.; Caccianiga, B.; Caccianiga, L.; Candusso, M.; Caramete, L.; Caruso, Rossella; Castellina, A.; Cataldi, G.; Cazon, L.; Cester, R.; Chavez, A. G.; Chiavassa, A.; Chinellato, J. A.; Chudoba, J.; Cilmo, M.; Clay, R. W.; Cocciolo, G.; Colalillo, R.; Coleman, A.; Collica, L.; Coluccia, M. R.; Conceicao, R.; Contreras, F.; Cooper, M. J.; Cordier, A.; Coutu, S.; Covault, C. E.; Cronin, J.; Curutiu, A.; Dallier, R.; Daniel, B.; Dasso, S.; Daumiller, K.; Dawson, B. R.; de Almeida, R. M.; De Domenico, M.; de Jong, S. J.; de Mello Neto, J. R. T.; De Mitri, I.; de Oliveira, J.; de Souza, V.; del Peral, L.; Deligny, O.; Dembinski, H.; Dhital, N.; Di Giulio, C.; Di Matteo, A.; Diaz, J. C.; Diaz Castro, M. L.; Diogo, F.; Dobrigkeit, C.; Docters, W.; D'Olivo, J. C.; Dorofeev, A.; Dorosti, Hasankiadeh Q.; Dova, M. T.; Ebr, J.; Engel, R.; Erdmann, M.; Erfani, M.; Escobar, C. O.; Espadanal, J.; Etchegoyen, A.; Facal San, Luis P.; Falcke, H.; Fang, K.; Farrar, G.; Fauth, A. C.; Fazzini, N.; Ferguson, A. P.; Fernandes, M.; Fick, B.; Figueira, J. M.; Filevich, A.; Filipcic, A.; Fox, B. D.; Fratu, O.; Froehlich, U.; Fuchs, B.; Fujii, T.; Gaior, R.; Garcia, B.; Garcia Roca, S. T.; Garcia Gamez, D.; Garcia Pinto, D.; Garilli, G.; Gascon Bravo, A.; Gate, F.; Gemmeke, H.; Ghia, P. L.; Giaccari, U.; Giammarchi, M.; Giller, M.; Glaser, C.; Glass, H.; Gomez Berisso, M.; Gomez Vitale, P. F.; Goncalves, P.; Gonzalez, J. G.; Gonzalez, N.; Gookin, B.; Gordon, J.; Gorgi, A.; Gorham, P.; Gouffon, P.; Grebe, S.; Griffith, N.; Grillo, A. F.; Grubb, T. D.; Guarino, F.; Guedes, G. P.; Hampel, M. R.; Hansen, P.; Harari, D.; Harrison, T. A.; Hartmann, S.; Harton, J. L.; Haungs, A.; Hebbeker, T.; Heck, D.; Heimann, P.; Herve, A. E.; Hill, G. C.; Hojvat, C.; Hollon, N.; Holt, E.; Homola, P.; Hoerandel, J. R.; Horvath, P.; Hrabovsky, M.; Huber, D.; Huege, T.; Insolia, Antonio; Isar, P. G.; Jandt, I.; Jansen, S.; Jarne, C.; Josebachuili, M.; Kaeaepae, A.; Kambeitz, O.; Kampert, K. H.; Kasper, P.; Katkov, I.; Kegl, B.; Keilhauer, B.; Keivani, A.; Kemp, E.; Kieckhafer, R. M.; Klages, H. O.; Kleifges, M.; Kleinfeller, J.; Krause, R.; Krohm, N.; Kroemer, O.; Kruppke Hansen, D.; Kuempel, D.; Kunka, N.; Lahurd, D.; Latronico, L.; Lauer, R.; Lauscher, M.; Lautridou, P.; Le Coz, S.; Leao, M. S. A. B.; Lebrun, D.; Lebrun, P.; Leigui de Oliveira, M. A.; Letessier Selvon, A.; Lhenry Yvon, I.; Link, K.; Lopez, R.; Lopez Agueera, A.; Louedec, K.; Lozano Bahilo, J.; Lu, L.; Lucero, A.; Ludwig, M.; Malacari, M.; Maldera, S.; Mallamaci, M.; Maller, J.; Mandat, D.; Mantsch, P.; Mariazzi, A. G.; Marin, V.; Maris, I. C.; Marsella, G.; Martello, D.; Martin, L.; Martinez, H.; Martinez Bravo, O.; Martraire, D.; Masias Meza, J. J.; Mathes, H. J.; Mathys, S.; Matthews, J.; Matthews, J. A. J.; Matthiae, G.; Maurel, D.; Maurizio, D.; Mayotte, E.; Mazur, P. O.; Medina, C.; Medina Tanco, G.; Meissner, R.; Melissas, M.; Melo, D.; Menshikov, A.; Messina, S.; Meyhandan, R.; Micanovic, S.; Micheletti, M. I.; Middendorf, L.; Minaya, I. A.; Miramonti, L.; Mitrica, B.; Molina Bueno, L.; Mollerach, S.; Monasor, M.; Monnier, Ragaigne D.; Montanet, F.; Morello, C.; Mostafa, M.; Moura, C. A.; Muller, M. A.; Mueller, G.; Mueller, S.; Muenchmeyer, M.; Mussa, R.; Navarra, G.; Navas, S.; Necesal, P.; Nellen, L.; Nelles, A.; Neuser, J.; Nguyen, P.; Niechciol, M.; Niemietz, L.; Niggemann, T.; Nitz, D.; Nosek, D.; Novotny, V.; Nozka, L.; Ochilo, L.; Olinto, A.; Oliveira, M.; Pacheco, N.; Pakk Selmi Dei, D.; Palatka, M.; Pallotta, J.; Palmieri, N.; Papenbreer, P.; Parente, G.; Parra, A.; Paul, T.; Pech, M.; Pekala, J.; Pelayo, R.; Pepe, I. M.; Perrone, L.; Petermann, E.; Peters, C.; Petrera, S.; Petrov, Y.; Phuntsok, J.; Piegaia, R.; Pierog, T.; Pieroni, P.; Pimenta, M.; Pirronello, Valerio; Platino, M.; Plum, M.; Porcelli, A.; Porowski, C.; Prado, R. R.; Privitera, P.; Prouza, M.; Purrello, V.; Quel, E. J.; Querchfeld, S.; Quinn, S.; Rautenberg, J.; Ravel, O.; Ravignani, D.; Revenu, B.; Ridky, J.; Riggi, S.; Risse, M.; Ristori, P.; Rizi, V.; Rodrigues de Carvalho, W.; Rodriguez Cabo, I.; Rodriguez Fernandez, G.; Rodriguez Rojo, J.; Rodriguez Frias, M. D.; Rogozin, D.; Ros, G.; Rosado, J.; Rossler, T.; Roth, M.; Roulet, E.; Rovero, A. C.; Saffi, S. J.; Saftoiu, A.; Salamida, F.; Salazar, H.; Saleh, A.; Salesa, Greus F.; Salina, G.; Sanchez, F.; Sanchez Lucas, P.; Santo, C. E.; Santos, E.; Santos, E. M.; Sarazin, F.; Sarkar, B.; Sarmento, R.; Sato, R.; Scharf, N.; Scherini, V.; Schieler, H.; Schiffer, P.; Schmidt, D.; Scholten, O.; Schoorlemmer, H.; Schovanek, P.; Schulz, A.; Schulz, J.; Schumacher, J.; Sciutto, S. J.; Segreto, A.; Settimo, M.; Shadkam, A.; Shellard, R. C.; Sidelnik, I.; Sigl, G.; Sima, O.; Smialkowski, A.; Smida, R.; Snow, G. R.; Sommers, P.; Sorokin, J.; Squartini, R.; Srivastava, Y. N.; Stanic, S.; Stapleton, J.; Stasielak, J.; Stephan, M.; Stutz, A.; Suarez, F.; Suomijaervi, T.; Supanitsky, A. D.; Sutherland, M. S.; Swain, J.; Szadkowski, Z.; Szuba, M.; Taborda, O. A.; Tapia, A.; Tartare, M.; Tepe, A.; Theodoro, V. M.; Timmermans, C.; Todero, Peixoto C. J.; Toma, G.; Tomankova, L.; Tome, B.; Tonachini, A.; Torralba Elipe, G.; Torres Machado, D.; Travnicek, P.; Trovato, E.; Tueros, M.; Ulrich, R.; Unger, M.; Urban, M.; Valdes Galicia, J. F.; Valino, I.; Valore, L.; van Aar, G.; van Bodegom, P.; van den Berg, A. M.; van Velzen, S.; van Vliet, A.; Varela, E.; Vargas Cardenas, B.; Varner, G.; Vazquez, J. R.; Vazquez, R. A.; Veberic, D.; Verzi, V.; Vicha, J.; Videla, M.; Villasenor, L.; Vlcek, B.; Vorobiov, S.; Wahlberg, H.; Wainberg, O.; Walz, D.; Watson, A. A.; Weber, M.; Weidenhaupt, K.; Weindl, A.; Werner, F.; Widom, A.; Wiencke, L.; Wilczynska, B.; Wilczynski, H.; Will, M.; Williams, C.; Winchen, T.; Wittkowski, D.; Wundheiler, B.; Wykes, S.; Yamamoto, T.; Yapici, T.; Yuan, G.; Yushkov, A.; Zamorano, B.; Zas, E.; Zavrtanik, D.; Zavrtanik, M.; Zaw, I.; Zepeda, A.; Zhou, J.; Zhu, Y.; Zimbres Silva, M.; Ziolkowski, M.; Zuccarello, Francesca

doi:10.1103/PhysRevD.90.122005

We report a study of the distributions of the depth of maximum, Xmax, of extensive air-shower profiles with energies above 1 017.8 eV as observed with the fluorescence telescopes of the Pierre Auger Observatory. The analysis method for selecting a data sample with minimal sampling bias is described in detail as well as the experimental cross-checks and systematic uncertainties. Furthermore, we discuss the detector acceptance and the resolution of the Xmax measurement and provide parametrizations thereof as a function of energy. The energy dependence of the mean and standard deviation of the Xmax distributions are compared to air-shower simulations for different nuclear primaries and interpreted in terms of the mean and variance of the logarithmic mass distribution at the top of the atmosphere.