Downward Terrestrial Gamma-ray Flashes at the Pierre Auger Observatory?

Colalillo R.; Abreu P.; Aglietta M.; Albury J.M.; Allekotte I.; Almela A.; Alvarez-Muñiz J.; Alves Batista R.; Anastasi G.A.; Anchordoqui L.; Andrada B.; Andringa S.; Aramo C.; Araújo Ferreira P.R.; Arteaga Velázquez J.C.; Asorey H.; Assis P.; Avila G.; Badescu A.M.; Bakalova A.; Balaceanu A.; Barbato F.; Barreira Luz R.J.; Becker K.H.; Bellido J.A.; Berat C.; Bertaina M.E.; Bertou X.; Biermann P.L.; Binet V.; Bismark K.; Bister T.; Biteau J.; Blazek J.; Bleve C.; Boháčová M.; Boncioli D.; Bonifazi C.; Bonneau Arbeletche L.; Borodai N.; Botti A.M.; Brack J.; Bretz T.; Brichetto Orchera P.G.; Briechle F.L.; Buchholz P.; Bueno A.; Buitink S.; Buscemi M.; Büsken M.; Caballero-Mora K.S.; Caccianiga L.; Canfora F.; Caracas I.; Carceller J.M.; Caruso R.; Castellina A.; Catalani F.; Cataldi G.; Cazon L.; Cerda M.; Chinellato J.A.; Chudoba J.; Chytka L.; Clay R.W.; Cobos Cerutti A.C.; Coleman A.; Coluccia M.R.; Conceição R.; Condorelli A.; Consolati G.; Contreras F.; Convenga F.; Correia dos Santos D.; Covault C.E.; Dasso S.; Daumiller K.; Dawson B.R.; Day J.A.; de Almeida R.M.; de Jesús J.; de Jong S.J.; De Mauro G.; de Mello Neto J.R.T.; De Mitri I.; de Oliveira J.; de Oliveira Franco D.; de Palma F.; de Souza V.; De Vito E.; del Río M.; Deligny O.; Deval L.; di Matteo A.; Dobrigkeit C.; D’Olivo J.C.; Domingues Mendes L.M.; dos Anjos R.C.; dos Santos D.; Dova M.T.; Ebr J.; Engel R.; Epicoco I.; Erdmann M.; Escobar C.O.; Etchegoyen A.; Falcke H.; Farmer J.; Farrar G.; Fauth A.C.; Fazzini N.; Feldbusch F.; Fenu F.; Fick B.; Figueira J.M.; Filipčič A.; Fitoussi T.; Fodran T.; Freire M.M.; Fujii T.; Fuster A.; Galea C.; Galelli C.; García B.; Garcia Vegas A.L.; Gemmeke H.; Gesualdi F.; Gherghel-Lascu A.; Ghia P.L.; Giaccari U.; Giammarchi M.; Glombitza J.; Gobbi F.; Gollan F.; Golup G.; Gómez Berisso M.; Gómez Vitale P.F.; Gongora J.P.; González J.M.; González N.; Goos I.; Góra D.; Gorgi A.; Gottowik M.; Grubb T.D.; Guarino F.; Guedes G.P.; Guido E.; Hahn S.; Hamal P.; Hampel M.R.; Hansen P.; Harari D.; Harvey V.M.; Haungs A.; Hebbeker T.; Heck D.; Hill G.C.; Hojvat C.; Hörandel J.R.; Horvath P.; Hrabovský M.; Huege T.; Insolia A.; Isar P.G.; Janecek P.; Johnsen J.A.; Jurysek J.; Kääpä A.; Kampert K.H.; Karastathis N.; Keilhauer B.; Kemp J.; Khakurdikar A.; Kizakke Covilakam V.V.; Klages H.O.; Kleifges M.; Kleinfeller J.; Köpke M.; Kunka N.; Lago B.L.; Lang R.G.; Langner N.; Leigui de Oliveira M.A.; Lenok V.; Letessier-Selvon A.; Lhenry-Yvon I.; Lo Presti D.; Lopes L.; López R.; Lu L.; Luce Q.; Lundquist J.P.; Machado Payeras A.; Mancarella G.; Mandat D.; Manning B.C.; Manshanden J.; Mantsch P.; Marafico S.; Mariazzi A.G.; Mariş I.C.; Marsella G.; Martello D.; Martinelli S.; Martínez Bravo O.; Mastrodicasa M.; Mathes H.J.; Matthews J.; Matthiae G.; Mayotte E.; Mazur P.O.; Medina-Tanco G.; Melo D.; Menshikov A.; Merenda K.-D.; Michal S.; Micheletti M.I.; Miramonti L.; Mollerach S.; Montanet F.; Morello C.; Mostafá M.; Müller A.L.; Muller M.A.; Mulrey K.; Mussa R.; Muzio M.; Namasaka W.M.; Nasr-Esfahani A.; Nellen L.; Niculescu-Oglinzanu M.; Niechciol M.; Nitz D.; Nosek D.; Novotny V.; Nožka L.; Nucita A.; Núñez L.A.; Palatka M.; Pallotta J.; Papenbreer P.; Parente G.; Parra A.; Pawlowsky J.; Pech M.; Pedreira F.; Pȩkala J.; Pelayo R.; Peña-Rodriguez J.; Pereira Martins E.E.; Perez Armand J.; Pérez Bertolli C.; Perlin M.; Perrone L.; Petrera S.; Pierog T.; Pimenta M.; Pirronello V.; Platino M.; Pont B.; Pothast M.; Privitera P.; Prouza M.; Puyleart A.; Querchfeld S.; Rautenberg J.; Ravignani D.; Reininghaus M.; Ridky J.; Riehn F.; Risse M.; Rizi V.; Rodrigues de Carvalho W.; Rodriguez Rojo J.; Roncoroni M.J.; Rossoni S.; Roth M.; Roulet E.; Rovero A.C.; Ruehl P.; Saftoiu A.; Salamida F.; Salazar H.; Salina G.; Sanabria Gomez J.D.; Sánchez F.; Santos E.M.; Santos E.; Sarazin F.; Sarmento R.; Sarmiento-Cano C.; Sato R.; Savina P.; Schäfer C.M.; Scherini V.; Schieler H.; Schimassek M.; Schimp M.; Schlüter F.; Schmidt D.; Scholten O.; Schovánek P.; Schröder F.G.; Schröder S.; Schulte J.; Sciutto S.J.; Scornavacche M.; Segreto A.; Sehgal S.; Shellard R.C.; Sigl G.; Silli G.; Sima O.; Šmída R.; Sommers P.; Soriano J.F.; Souchard J.; Squartini R.; Stadelmaier M.; Stanca D.; Stanič S.; Stasielak J.; Stassi P.; Streich A.; Suárez-Durán M.; Sudholz T.; Suomijärvi T.; Supanitsky A.D.; Szadkowski Z.; Tapia A.; Taricco C.; Timmermans C.; Tkachenko O.; Tobiska P.; Todero Peixoto C.J.; Tomé B.; Torrès Z.; Travaini A.; Travnicek P.; Trimarelli C.; Tueros M.; Ulrich R.; Unger M.; Vaclavek L.; Vacula M.; Valdés Galicia J.F.; Valore L.; Varela E.; Vásquez-Ramírez A.; Veberič D.; Ventura C.; Vergara Quispe I.D.; Verzi V.; Vicha J.; Vink J.; Vorobiov S.; Wahlberg H.; Watanabe C.; Watson A.A.; Weber M.; Weindl A.; Wiencke L.; Wilczyński H.; Wirtz M.; Wittkowski D.; Wundheiler B.; Yushkov A.; Zapparrata O.; Zas E.; Zavrtanik D.; Zavrtanik M.; Zehrer L. · Proceedings of Science (2022)

Resumen

At the Pierre Auger Observatory, designed primarily to study ultra-high-energy cosmic rays, phenomena related to atmospheric electricity are also observed. Particularly, events have been detected with the surface detector, characterized by long-lasting signals (tens of microseconds) and event footprints much larger (up to 200 km2) than those produced by the highest energy cosmic rays. Moreover, some of them appear to be accompanied by smaller events occurring in the same area within about 1 ms and probably produced by the same phenomenon. A previously reported correlation with the World Wide Lightning Location Network, as well as the observation of very low-altitude clouds, confirm that such events are related to thunderstorms. An ad-hoc reconstruction points to high-energy particles being produced very close to the ground, suggesting that they originate from electrons accelerated to relativistic energies in strong electric fields inside low clouds, as is the case for terrestrial gamma-ray flashes above thunderstorms. A clear explanation of the observed phenomenon is hindered by two facts. One is that the rate of such events, detected serendipitously, is very small (less than 2 events/year) and decreases further after optimization of the surface detector trigger for low-energy shower-events. The second is that most events show a puzzling lack of signals in the central part of the footprint. We have studied in detail both effects and will present such studies here. We developed a strategy for a dedicated trigger to enhance the detection efficiency for these events associated with atmospheric-electricity events. © Copyright owned by the author(s) under the terms of the Creative Commons.

Instituciones: Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa