Constraints on BSM particles from the absence of upward-going air showers in the Pierre Auger Observatory
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Date
2024Author
Yue B.; Abdul Halim A.; Abreu P.; Aglietta M.; Allekotte I.; Almeida Cheminant K.; Almela A.; Aloisio R.; Alvarez-Muñiz J.; Ammerman Yebra J.; Anastasi G.A.; Anchordoqui L.; Andrada B.; Andringa S.; Aramo C.; Araújo Ferreira P.R.; Arnone E.; Arteaga Velázquez J.C.; Asorey H.; Assis P.; Avila G.; Avocone E.; Badescu A.M.; Bakalova A.; Balaceanu A.; Barbato F.; Bartz Mocellin A.; Bellido J.A.; Berat C.; Bertaina M.E.; Bhatta G.; Bianciotto M.; Biermann P.L.; Binet V.; Bismark K.; Bister T.; Biteau J.; Blazek J.; Bleve C.; Blümer J.; Boháčová M.; Boncioli D.; Bonifazi C.; Bonneau Arbeletche L.; Borodai N.; Brack J.; Brichetto Orchera P.G.; Briechle F.L.; Bueno A.; Buitink S.; Buscemi M.; Büsken M.; Bwembya A.; Caballero-Mora K.S.; Cabana-Freire S.; Caccianiga L.; Caracas I.; Caruso R.; Castellina A.; Catalani F.; Cataldi G.; Cazon L.; Cerda M.; Cermenati A.; Chinellato J.A.; Chudoba J.; Chytka L.; Clay R.W.; Cobos Cerutti A.C.; Colalillo R.; Coleman A.; Coluccia M.R.; Conceição R.; Condorelli A.; 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The Fluorescence Detector (FD) of the Pierre Auger Observatory has a large exposure to search for upward-going showers. Constraints have been recently obtained by using 14 years of FD data searching for upward-going showers in the zenith angle range [110◦, 180◦]. In this work, we translate these bounds to upper limits of a possible flux of ultra high energy tau-leptons escaping from the Earth into the atmosphere. Such a mechanism could explain the observation of "anomalous pulses" made by ANITA, that indicated the existence of upward-going air showers with energies above 1017 eV. As tau neutrinos would be absorbed within the Earth at the deduced angles and energies, a flux of upward-going taus could only be resulted from an unknown type of ultra high energy Beyond Standard Model particle penetrating the Earth with little attenuation, and then creating tau-leptons through interactions within a maximum depth of about 50 km before exiting. We test classes of such models in a generic way and determine upper flux limits of ultra high energy BSM particles as a function of their unknown cross section with matter. © Copyright owned by the author(s) under the terms of the Creative Commons.
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