Abstract

This article reports the first observation of the Moon and the Sun shadows in the sky distribution of cosmic-ray induced muons measured by the KM3NeT/ORCA detector. The analysed data-taking period spans from February 2020 to November 2021, when the detector had 6 Detection Units deployed at the bottom of the Mediterranean Sea, each composed of 18 Digital Optical Modules. The shadows induced by the Moon and the Sun were detected at their nominal position with a statistical significance of 4.2σ and 6.2σ, and an angular resolution of σres=0.49 and σres=0.66, respectively, consistent with the prediction of 0.53 from simulations. This early result confirms the effectiveness of the detector calibration, in time, position and orientation and the accuracy of the event direction reconstruction. This also demonstrates the performance and the competitiveness of the detector in terms of pointing accuracy and angular resolution.

Details

Title
First observation of the cosmic ray shadow of the Moon and the Sun with KM3NeT/ORCA
Author
Aiello, S. 1 ; Albert, A. 2 ; Alves Garre, S. 3 ; Aly, Z. 4 ; Ambrosone, A. 5 ; Ameli, F. 6 ; Andre, M. 7 ; Anghinolfi, M. 8 ; Anguita, M. 9 ; Ardid, M. 10 ; Ardid, S. 10 ; Aublin, J. 11 ; Bagatelas, C. 12 ; Bailly-Salins, L. 13 ; Baret, B. 14 ; Pree, S. Basegmez du 15 ; Becherini, Y. 16 ; Bendahman, M. 17 ; Benfenati, F. 18 ; Berbee, E. 15 ; Bertin, V. 4 ; Biagi, S. 19 ; Boettcher, M. 20 ; Cabo, M. Bou 21 ; Boumaaza, J. 22 ; Bouta, M. 23 ; Bouwhuis, M. 15 ; Bozza, C. 24 ; Brânzaş, H. 25 ; Bruijn, R. 26 ; Brunner, J. 4 ; Bruno, R. 1 ; Buis, E. 27 ; Buompane, R. 28 ; Busto, J. 4 ; Caiffi, B. 8 ; Calvo, D. 3 ; Campion, S. 29 ; Capone, A. 29 ; Carenini, F. 29 ; Carretero, V. 3 ; Castaldi, P. 30 ; Celli, S. 29 ; Cerisy, L. 4 ; Chabab, M. 31 ; Chau, N. 32 ; Chen, A. 33 ; Moursli, R. Cherkaoui El 22 ; Cherubini, S. 34 ; Chiarella, V. 35 ; Chiarusi, T. 36 ; Circella, M. 37 ; Cocimano, R. 19 ; Coelho, J. A. B. 38 ; Coleiro, A. 38 ; Coniglione, R. 19 ; Coyle, P. 4 ; Creusot, A. 39 ; Cruz, A. 40 ; Cuttone, G. 19 ; Dallier, R. 41 ; Darras, Y. 42 ; De Benedittis, A. 43 ; De Martino, B. 4 ; Burgo, R. Del 43 ; Palma, I. Di 29 ; Dìaz, A. F. 9 ; Diego-Tortosa, D. 10 ; Distefano, C. 19 ; Domi, A. 26 ; Donzaud, C. 44 ; Dornic, D. 4 ; Dörr, M. 45 ; Drakopoulou, E. 12 ; Drouhin, D. 2 ; Eberl, T. 42 ; Eddyamoui, A. 22 ; Eeden, T. van 15 ; Eff, M. 42 ; Eijk, D. van 15 ; Bojaddaini, I. El 23 ; Hedri, S. El 46 ; Enzenhöfer, A. 4 ; Espinosa, V. 10 ; Ferrara, G. 34 ; Filipović, M. D. 47 ; Filippini, F. 18 ; Fusco, L. A. 48 ; Gabriel, J. 49 ; Gal, T. 42 ; Méndez, J. García 10 ; Soto, A. Garcia 3 ; Garufi, F. 5 ; Oliver, C. Gatius 15 ; Geißelbrecht, N. 42 ; Gialanella, L. 28 ; Giorgio, E. 19 ; Girardi, A. 6 ; Goos, I. 50 ; Gozzini, S. R. 3 ; Gracia, R. 42 ; Graf, K. 42 ; Guderian, D. 51 ; Guidi, C. 52 ; Guillon, B. 13 ; Gutiérrez, M. 53 ; Haegel, L. 54 ; Haren, H. van 55 ; Heijboer, A. 15 ; Hekalo, A. 45 ; Hennig, L. 42 ; Hernández-Rey, J. J. 3 ; Huang, F. 4 ; Ibnsalih, W. Idrissi 28 ; Illuminati, G. 18 ; James, C. W. 40 ; Janezashvili, D. 56 ; de Jong, M. 57 ; de Jong, P. 26 ; Jung, B. J. 15 ; Kalaczyński, P. 58 ; Kalekin, O. 42 ; Katz, U. F. 42 ; Chowdhury, N. R. Khan 3 ; Kistauri, G. 56 ; Knaap, F. van der 59 ; Kooijman, P. 60 ; Kouchner, A. 61 ; Kulikovskiy, V. 8 ; Labalme, M. 13 ; Lahmann, R. 42 ; Lakhal, A. 62 ; Lamoureux, M. 63 ; Larosa, G. 19 ; Lastoria, C. 4 ; Lazo, A. 3 ; Breton, R. Le 64 ; Stum, S. Le 4 ; Lehaut, G. 13 ; Leonora, E. 1 ; Lessing, N. 42 ; Levi, G. 18 ; Liang, S. 65 ; Clark, M. Lindsey 65 ; Longhitano, F. 1 ; Maderer, L. 66 ; Majumdar, J. 15 ; Mańczak, J. 3 ; Margiotta, A. 18 ; Marinelli, A. 43 ; Markou, C. 12 ; Martin, L. 41 ; Martínez-Mora, J. A. 10 ; Martini, A. 35 ; Marzaioli, F. 28 ; Mastrodicasa, M. 67 ; Mastroianni, S. 43 ; Melis, K. W. 15 ; Miccichè, S. 19 ; Miele, G. 5 ; Migliozzi, P. 43 ; Migneco, E. 19 ; Mijakowski, P. 58 ; Mollo, C. M. 43 ; Morales-Gallegos, L. 43 ; Morley-Wong, C. 40 ; Moussa, A. 23 ; Muller, R. 15 ; Musone, M. R. 43 ; Musumeci, M. 19 ; Nauta, L. 15 ; Navas, S. 53 ; Nicolau, C. A. 6 ; Nkosi, B. 33 ; Fearraigh, B. Ó. 26 ; Orlando, A. 19 ; Oukacha, E. 38 ; González, J. Palacios 3 ; Papalashvili, G. 56 ; Papaleo, R. 19 ; Pastor Gomez, E. J. 3 ; Păun, A. M. 25 ; Păvălaş, G. E. 25 ; Pellegrino, C. 68 ; Peña Martínez, S. 69 ; Perrin-Terrin, M. 4 ; Perronnel, J. 13 ; Pestel, V. 26 ; Piattelli, P. 19 ; Pisanti, O. 5 ; Poirè, C. 10 ; Popa, V. 25 ; Pradier, T. 70 ; Pulvirenti, S. 19 ; Quéméner, G. 13 ; Rahaman, U. 3 ; Randazzo, N. 1 ; Razzaque, S. 71 ; Rea, I. C. 43 ; Real, D. 3 ; Reck, S. 42 ; Riccobene, G. 19 ; Robinson, J. 20 ; Romanov, A. 52 ; Greus, F. Salesa 3 ; Samtleben, D. F. E. 57 ; Losa, A. Sánchez 72 ; Sanguineti, M. 52 ; Santonastaso, C. 73 ; Santonocito, D. 19 ; Sapienza, P. 19 ; Sathe, A. 42 ; Schnabel, J. 42 ; Schneider, M. F. 42 ; Schumann, J. 42 ; Schutte, H. M. 20 ; Seneca, J. 15 ; Sgura, I. 37 ; Shanidze, R. 56 ; Sharma, A. 74 ; Simonelli, A. 43 ; Sinopoulou, A. 12 ; Smirnov, M. V. 42 ; Spisso, B. 48 ; Spurio, M. 18 ; Stavropoulos, D. 12 ; Stellacci, S. M. 48 ; Taiuti, M. 52 ; Tavzarashvili, K. 75 ; Tayalati, Y. 22 ; Tedjditi, H. 8 ; Thiersen, H. 20 ; Tsagkli, S. 12 ; Tsourapis, V. 12 ; Tzamariudaki, E. 12 ; Elewyck, V. Van 76 ; Vannoye, G. 4 ; Vasileiadis, G. 77 ; Versari, F. 18 ; Viola, S. 19 ; Vivolo, D. 28 ; Warnhofer, H. 42 ; Wilms, J. 78 ; de Wolf, E. 26 ; Yepes-Ramirez, H. 10 ; Yousfi, T. 23 ; Zavatarelli, S. 8 ; Zegarelli, A. 29 ; Zito, D. 19 ; Zornoza, J. D. 3 ; Zúñiga, J. 3 ; Zywucka, N. 20 

 INFN, Sezione di Catania, Catania, Italy (GRID:grid.470198.3) (ISNI:0000 0004 1755 400X) 
 Université de Strasbourg, CNRS, IPHC UMR 7178, Strasbourg, France (GRID:grid.11843.3f) (ISNI:0000 0001 2157 9291); Université de Haute Alsace, Mulhouse Cedex, France (GRID:grid.9156.b) (ISNI:0000 0004 0473 5039) 
 IFIC-Instituto de Física Corpuscular (CSIC-Universitat de València), Paterna, Spain (GRID:grid.470047.0) (ISNI:0000 0001 2178 9889) 
 Aix Marseille Univ, CNRS/IN2P3, CPPM, Marseille, France (GRID:grid.470046.1) (ISNI:0000 0004 0452 0652) 
 INFN, Sezione di Napoli, Complesso Universitario di Monte S. Angelo, Napoli, Italy (GRID:grid.4691.a) (ISNI:0000 0001 0790 385X); Università di Napoli “Federico II”, Dip. Scienze Fisiche “E. Pancini”, Complesso Universitario di Monte S. Angelo, Napoli, Italy (GRID:grid.4691.a) (ISNI:0000 0001 0790 385X) 
 INFN, Sezione di Roma, Roma, Italy (GRID:grid.470218.8) 
 Universitat Politècnica de Catalunya, Laboratori d’Aplicacions Bioacústiques, Centre Tecnològic de Vilanova i la Geltrú, Vilanova i la Geltrú, Spain (GRID:grid.6835.8) (ISNI:0000 0004 1937 028X) 
 INFN, Sezione di Genova 33, Genova, Italy (GRID:grid.470205.4) 
 University of Granada, Department of Computer Architecture and Technology/CITIC, Granada, Spain (GRID:grid.4489.1) (ISNI:0000000121678994) 
10  Universitat Politècnica de València, Instituto de Investigación para la Gestión Integrada de las Zonas Costeras, Gandia, Spain (GRID:grid.157927.f) (ISNI:0000 0004 1770 5832) 
11  Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, Paris, France (GRID:grid.157927.f) 
12  NCSR Demokritos, Institute of Nuclear and Particle Physics, Athens, Greece (GRID:grid.450262.7) 
13  6 boulevard Maréchal Juin, LPC CAEN, A02182036, Caen, France (GRID:grid.463917.e) (ISNI:0000 0004 0623 3905) 
14  Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, Paris, France (GRID:grid.463917.e) 
15  Nikhef, National Institute for Subatomic Physics, Amsterdam, The Netherlands (GRID:grid.420012.5) (ISNI:0000 0004 0646 2193) 
16  Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, Paris, France (GRID:grid.420012.5) 
17  Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, Paris, France (GRID:grid.420012.5); University Mohammed V in Rabat, Faculty of Sciences, Rabat, Morocco (GRID:grid.31143.34) (ISNI:0000 0001 2168 4024) 
18  INFN, Sezione di Bologna, Bologna, Italy (GRID:grid.470193.8) (ISNI:0000 0004 8343 7610); Università di Bologna, Dipartimento di Fisica e Astronomia, Bologna, Italy (GRID:grid.6292.f) (ISNI:0000 0004 1757 1758) 
19  INFN, Laboratori Nazionali del Sud, Catania, Italy (GRID:grid.466880.4) (ISNI:0000 0004 1757 4895) 
20  North-West University, Centre for Space Research, Potchefstroom, South Africa (GRID:grid.25881.36) (ISNI:0000 0000 9769 2525) 
21  Instituto Español de Oceanografía, Unidad Mixta IEO-UPV, Gandia, Spain (GRID:grid.410389.7) (ISNI:0000 0001 0943 6642) 
22  University Mohammed V in Rabat, Faculty of Sciences, Rabat, Morocco (GRID:grid.31143.34) (ISNI:0000 0001 2168 4024) 
23  University Mohammed I, Faculty of Sciences, Mohammed VI, Oujda, Morocco (GRID:grid.410890.4) (ISNI:0000 0004 1772 8348) 
24  Università di Salerno e INFN Gruppo Collegato di Salerno, Dipartimento di Matematica, Fisciano, Italy (GRID:grid.470211.1) (ISNI:0000 0004 8343 7696) 
25  ISS, Măgurele, Romania (GRID:grid.450283.8) 
26  Nikhef, National Institute for Subatomic Physics, Amsterdam, The Netherlands (GRID:grid.420012.5) (ISNI:0000 0004 0646 2193); University of Amsterdam, Institute of Physics/IHEF, Amsterdam, The Netherlands (GRID:grid.7177.6) (ISNI:0000000084992262) 
27  Nikhef, National Institute for Subatomic Physics, Amsterdam, The Netherlands (GRID:grid.420012.5) (ISNI:0000 0004 0646 2193); TNO, Technical Sciences, Delft, The Netherlands (GRID:grid.4858.1) (ISNI:0000 0001 0208 7216) 
28  INFN, Sezione di Napoli, Complesso Universitario di Monte S. Angelo, Napoli, Italy (GRID:grid.4691.a) (ISNI:0000 0001 0790 385X); Università degli Studi della Campania “Luigi Vanvitelli”, Dipartimento di Matematica e Fisica, Caserta, Italy (GRID:grid.9841.4) (ISNI:0000 0001 2200 8888) 
29  INFN, Sezione di Roma, Roma, Italy (GRID:grid.470218.8); Università La Sapienza, Dipartimento di Fisica, Roma, Italy (GRID:grid.7841.a) 
30  INFN, Sezione di Bologna, Bologna, Italy (GRID:grid.470193.8) (ISNI:0000 0004 8343 7610); Università di Bologna, Dipartimento di Ingegneria dell’Energia Elettrica e dell’Informazione “Guglielmo Marconi”, Cesena, Italia (GRID:grid.6292.f) (ISNI:0000 0004 1757 1758) 
31  Cadi Ayyad University, Physics Department, Faculty of Science Semlalia, Marrakech, Morocco (GRID:grid.411840.8) (ISNI:0000 0001 0664 9298) 
32  Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, Paris, France (GRID:grid.411840.8) 
33  University of the Witwatersrand, School of Physics, Johannesburg, South Africa (GRID:grid.11951.3d) (ISNI:0000 0004 1937 1135) 
34  INFN, Laboratori Nazionali del Sud, Catania, Italy (GRID:grid.466880.4) (ISNI:0000 0004 1757 4895); Università di Catania, Dipartimento di Fisica e Astronomia “Ettore Majorana”, Catania, Italy (GRID:grid.8158.4) (ISNI:0000 0004 1757 1969) 
35  INFN, LNF, Frascati, Italy (GRID:grid.463190.9) (ISNI:0000 0004 0648 0236) 
36  INFN, Sezione di Bologna, Bologna, Italy (GRID:grid.470193.8) (ISNI:0000 0004 8343 7610) 
37  INFN, Sezione di Bari, Bari, Italy (GRID:grid.470190.b) 
38  Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, Paris, France (GRID:grid.466880.4) 
39  Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, Paris, France (GRID:grid.470046.1) 
40  Curtin University, International Centre for Radio Astronomy Research, Bentley, Australia (GRID:grid.1032.0) (ISNI:0000 0004 0375 4078) 
41  Université de Nantes, Subatech, IMT Atlantique, IN2P3-CNRS, Nantes, France (GRID:grid.4817.a) (ISNI:0000 0001 2189 0784) 
42  Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Erlangen Centre for Astroparticle Physics, Erlangen, Germany (GRID:grid.5330.5) (ISNI:0000 0001 2107 3311) 
43  INFN, Sezione di Napoli, Complesso Universitario di Monte S. Angelo, Napoli, Italy (GRID:grid.4691.a) (ISNI:0000 0001 0790 385X) 
44  Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, Paris, France (GRID:grid.7177.6) 
45  University Würzburg, Würzburg, Germany (GRID:grid.8379.5) (ISNI:0000 0001 1958 8658) 
46  Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, Paris, France (GRID:grid.410890.4) 
47  Western Sydney University, School of Computing, Engineering and Mathematics, Penrith, Australia (GRID:grid.1029.a) (ISNI:0000 0000 9939 5719) 
48  INFN, Sezione di Napoli, Complesso Universitario di Monte S. Angelo, Napoli, Italy (GRID:grid.4691.a) (ISNI:0000 0001 0790 385X); Università di Salerno e INFN Gruppo Collegato di Salerno, Dipartimento di Fisica, Fisciano, Italy (GRID:grid.470211.1) (ISNI:0000 0004 8343 7696) 
49  IN2P3, LPC, Campus des Cézeaux 24, Aubière Cedex, France (GRID:grid.470211.1) 
50  Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, Paris, France (GRID:grid.470218.8) 
51  University of Münster, Institut für Kernphysik, Münster, Germany (GRID:grid.5949.1) (ISNI:0000 0001 2172 9288) 
52  INFN, Sezione di Genova 33, Genova, Italy (GRID:grid.470205.4); Università di Genova, Genova, Italy (GRID:grid.5606.5) (ISNI:0000 0001 2151 3065) 
53  University of Granada, Dpto. de Física Teórica y del Cosmos, C.A.F.P.E., Granada, Spain (GRID:grid.4489.1) (ISNI:0000000121678994) 
54  Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, Paris, France (GRID:grid.4489.1) 
55  NIOZ (Royal Netherlands Institute for Sea Research), Den Burg Texel, The Netherlands (GRID:grid.10914.3d) (ISNI:0000 0001 2227 4609) 
56  Tbilisi State University, Department of Physics, Tbilisi, Georgia (GRID:grid.26193.3f) (ISNI:0000 0001 2034 6082) 
57  Nikhef, National Institute for Subatomic Physics, Amsterdam, The Netherlands (GRID:grid.420012.5) (ISNI:0000 0004 0646 2193); Leiden University, Leiden Institute of Physics, Leiden, The Netherlands (GRID:grid.5132.5) (ISNI:0000 0001 2312 1970) 
58  National Centre for Nuclear Research, Warsaw, Poland (GRID:grid.450295.f) (ISNI:0000 0001 0941 0848) 
59  TNO, Technical Sciences, Delft, The Netherlands (GRID:grid.4858.1) (ISNI:0000 0001 0208 7216) 
60  University of Amsterdam, Institute of Physics/IHEF, Amsterdam, The Netherlands (GRID:grid.7177.6) (ISNI:0000000084992262); Utrecht University, Department of Physics and Astronomy, Utrecht, The Netherlands (GRID:grid.5477.1) (ISNI:0000000120346234) 
61  Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, Paris, France (GRID:grid.5477.1); Institut Universitaire de France, Paris, France (GRID:grid.440891.0) (ISNI:0000 0001 1931 4817) 
62  Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, Paris, France (GRID:grid.5330.5) 
63  Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, Paris, France (GRID:grid.5330.5); UCLouvain, Centre for Cosmology, Particle Physics and Phenomenology, Louvain-la-Neuve, Belgium (GRID:grid.7942.8) (ISNI:0000 0001 2294 713X) 
64  Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, Paris, France (GRID:grid.470047.0) 
65  Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, Paris, France (GRID:grid.6292.f) 
66  Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, Paris, France (GRID:grid.470198.3) 
67  University La Sapienza, Roma, Physics Department, Rome, Italy (GRID:grid.7841.a) 
68  Università di Bologna, Dipartimento di Fisica e Astronomia, Bologna, Italy (GRID:grid.6292.f) (ISNI:0000 0004 1757 1758); INFN, CNAF, Bologna, Italy (GRID:grid.470182.8) 
69  Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, Paris, France (GRID:grid.470182.8) 
70  Université de Strasbourg, CNRS, IPHC UMR 7178, Strasbourg, France (GRID:grid.11843.3f) (ISNI:0000 0001 2157 9291) 
71  University of Johannesburg, Department Physics, Auckland Park, South Africa (GRID:grid.412988.e) (ISNI:0000 0001 0109 131X) 
72  IFIC-Instituto de Física Corpuscular (CSIC-Universitat de València), Paterna, Spain (GRID:grid.470047.0) (ISNI:0000 0001 2178 9889); INFN, Sezione di Bari, Bari, Italy (GRID:grid.470190.b) 
73  INFN, Sezione di Napoli, Complesso Universitario di Monte S. Angelo, Napoli, Italy (GRID:grid.4691.a) (ISNI:0000 0001 0790 385X); Università degli Studi della Campania “Luigi Vanvitelli”, CAPACITY, Laboratorio CIRCE, Dip. Di Matematica e Fisica, San Nicola La Strada, Italy (GRID:grid.9841.4) (ISNI:0000 0001 2200 8888) 
74  Università di Pisa, Dipartimento di Fisica, Pisa, Italy (GRID:grid.5395.a) (ISNI:0000 0004 1757 3729) 
75  The University of Georgia, School of Science and Technologies, Tbilisi, Georgia (GRID:grid.264978.6) (ISNI:0000 0000 9564 9822) 
76  Université de Paris, CNRS, Astroparticule et Cosmologie, Paris, France (GRID:grid.450262.7); Institut Universitaire de France, Paris, France (GRID:grid.440891.0) (ISNI:0000 0001 1931 4817) 
77  Laboratoire Univers et Particules de Montpellier, Montpellier Cédex 05, France (GRID:grid.464184.b) (ISNI:0000 0004 0382 470X) 
78  Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Remeis Sternwarte, Bamberg, Germany (GRID:grid.5330.5) (ISNI:0000 0001 2107 3311) 
Pages
344
Publication year
2023
Publication date
Apr 2023
Publisher
Springer Nature B.V.
ISSN
14346044
e-ISSN
14346052
Source type
Scholarly Journal
Language of publication
English
ProQuest document ID
2807222261
Copyright
© The Author(s) 2023. This work is published under http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ (the “License”). Notwithstanding the ProQuest Terms and Conditions, you may use this content in accordance with the terms of the License.