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Beeman JW, Benato G, Bucci C, Canonica L, Carniti P, Celi E, Clemenza M, D'Addabbo A, Danevich FA, Di Domizio S, Di Lorenzo S, Dubovik OM, Ferreiro Iachellini N, Ferroni F, Fiorini E, Fu S, Garai A, Ghislandi S, Gironi L, Gorla P, Gotti C, Guillaumon PV, Helis DL, Kovtun GP, Mancuso M, Marini L, Olmi M, Pagnanini L, Pattavina L, Pessina G, Petricca F, Pirro S, Pozzi S, Puiu A, Quitadamo S, Rothe J, Scherban AP, Schönert S, Solopikhin DA, Strauss R, Tarabini E, Tretyak VI, Tupitsyna IA, Wagner V. Characterization of a kg-scale archaeological lead-based PbWO 4 cryogenic detector for the RES-NOVA experiment. Appl Radiat Isot 2023; 194:110704. [PMID: 36731392 DOI: 10.1016/j.apradiso.2023.110704] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 05/29/2022] [Revised: 01/21/2023] [Accepted: 01/26/2023] [Indexed: 01/30/2023]
Abstract
Core-collapse Supernovae (SNe) are one of the most energetic events in the Universe, during which almost all the star's binding energy is released in the form of neutrinos. These particles are direct probes of the processes occurring in the stellar core and provide unique insights into the gravitational collapse. RES-NOVA will revolutionize how we detect neutrinos from astrophysical sources, by deploying the first ton-scale array of cryogenic detectors made from archaeological lead. Pb offers the highest neutrino interaction cross-section via coherent elastic neutrino-nucleus scattering (CEνNS). Such process will enable RES-NOVA to be equally sensitive to all neutrino flavours. For the first time, we propose the use archaeological Pb as sensitive target material in order to achieve an ultra-low background level in the region of interest (O(1 keV)). All these features make possible the deployment of the first cm-scale neutrino telescope for the investigation of astrophysical sources. In this contribution, we will characterize the radiopurity level and the performance of a small-scale proof-of-principle detector of RES-NOVA, consisting in a PbWO4 crystal made from archaeological-Pb operated as cryogenic detector.
Collapse
Affiliation(s)
- J W Beeman
- Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, 94720, CA, USA
| | - G Benato
- Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Via G. Acitelli 22, Assergi, 67100, IT, Italy
| | - C Bucci
- Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Via G. Acitelli 22, Assergi, 67100, IT, Italy
| | - L Canonica
- Max-Planck-Institut für Physik, Föhringer Ring 6, München, DE-80805, Germany
| | - P Carniti
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano - Bicocca, Piazza della Scienza 3, Milano, I-20126, IT, Italy; INFN Sezione di Milano - Bicocca, Piazza della Scienza 3, Milano, I-20126, IT, Italy
| | - E Celi
- Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Via G. Acitelli 22, Assergi, 67100, IT, Italy; Gran Sasso Science Institute, Viale F. Crespi 7, L'Aquila, 67100, IT, Italy
| | - M Clemenza
- INFN Sezione di Milano - Bicocca, Piazza della Scienza 3, Milano, I-20126, IT, Italy
| | - A D'Addabbo
- Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Via G. Acitelli 22, Assergi, 67100, IT, Italy
| | - F A Danevich
- Institute for Nuclear Research of NASU, Kyiv, 03028, Ukraine
| | - S Di Domizio
- INFN Sezione di Genova and Università di Genova, Via Dodecaneso 33, Genova, I-16146, IT, Italy
| | - S Di Lorenzo
- Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Via G. Acitelli 22, Assergi, 67100, IT, Italy
| | - O M Dubovik
- Institute of Scintillation Materials of NASU, Kharkiv, 61072, Ukraine
| | | | - F Ferroni
- Gran Sasso Science Institute, Viale F. Crespi 7, L'Aquila, 67100, IT, Italy; INFN Sezione di Roma-1, P.le Aldo Moro 2, Roma, I-00185, IT, Italy
| | - E Fiorini
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano - Bicocca, Piazza della Scienza 3, Milano, I-20126, IT, Italy; INFN Sezione di Milano - Bicocca, Piazza della Scienza 3, Milano, I-20126, IT, Italy
| | - S Fu
- Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Via G. Acitelli 22, Assergi, 67100, IT, Italy
| | - A Garai
- Max-Planck-Institut für Physik, Föhringer Ring 6, München, DE-80805, Germany
| | - S Ghislandi
- Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Via G. Acitelli 22, Assergi, 67100, IT, Italy; Gran Sasso Science Institute, Viale F. Crespi 7, L'Aquila, 67100, IT, Italy
| | - L Gironi
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano - Bicocca, Piazza della Scienza 3, Milano, I-20126, IT, Italy; INFN Sezione di Milano - Bicocca, Piazza della Scienza 3, Milano, I-20126, IT, Italy
| | - P Gorla
- Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Via G. Acitelli 22, Assergi, 67100, IT, Italy
| | - C Gotti
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano - Bicocca, Piazza della Scienza 3, Milano, I-20126, IT, Italy; INFN Sezione di Milano - Bicocca, Piazza della Scienza 3, Milano, I-20126, IT, Italy
| | - P V Guillaumon
- Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Via G. Acitelli 22, Assergi, 67100, IT, Italy
| | - D L Helis
- Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Via G. Acitelli 22, Assergi, 67100, IT, Italy; Gran Sasso Science Institute, Viale F. Crespi 7, L'Aquila, 67100, IT, Italy
| | - G P Kovtun
- National Science Center 'Kharkiv Institute of Physics and Technology', Kharkiv, 61108, Ukraine
| | - M Mancuso
- Max-Planck-Institut für Physik, Föhringer Ring 6, München, DE-80805, Germany
| | - L Marini
- Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Via G. Acitelli 22, Assergi, 67100, IT, Italy; Gran Sasso Science Institute, Viale F. Crespi 7, L'Aquila, 67100, IT, Italy
| | - M Olmi
- Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Via G. Acitelli 22, Assergi, 67100, IT, Italy
| | - L Pagnanini
- Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Via G. Acitelli 22, Assergi, 67100, IT, Italy; Gran Sasso Science Institute, Viale F. Crespi 7, L'Aquila, 67100, IT, Italy
| | - L Pattavina
- Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Via G. Acitelli 22, Assergi, 67100, IT, Italy; Technical University of Munich, JamesFranckStrasse 1, Garching, 85748, DE, Germany.
| | - G Pessina
- INFN Sezione di Milano - Bicocca, Piazza della Scienza 3, Milano, I-20126, IT, Italy
| | - F Petricca
- Max-Planck-Institut für Physik, Föhringer Ring 6, München, DE-80805, Germany
| | - S Pirro
- Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Via G. Acitelli 22, Assergi, 67100, IT, Italy
| | - S Pozzi
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano - Bicocca, Piazza della Scienza 3, Milano, I-20126, IT, Italy; INFN Sezione di Milano - Bicocca, Piazza della Scienza 3, Milano, I-20126, IT, Italy
| | - A Puiu
- Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Via G. Acitelli 22, Assergi, 67100, IT, Italy; Gran Sasso Science Institute, Viale F. Crespi 7, L'Aquila, 67100, IT, Italy
| | - S Quitadamo
- Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Via G. Acitelli 22, Assergi, 67100, IT, Italy; Gran Sasso Science Institute, Viale F. Crespi 7, L'Aquila, 67100, IT, Italy.
| | - J Rothe
- Technical University of Munich, JamesFranckStrasse 1, Garching, 85748, DE, Germany
| | - A P Scherban
- National Science Center 'Kharkiv Institute of Physics and Technology', Kharkiv, 61108, Ukraine
| | - S Schönert
- Technical University of Munich, JamesFranckStrasse 1, Garching, 85748, DE, Germany
| | - D A Solopikhin
- National Science Center 'Kharkiv Institute of Physics and Technology', Kharkiv, 61108, Ukraine
| | - R Strauss
- Technical University of Munich, JamesFranckStrasse 1, Garching, 85748, DE, Germany
| | - E Tarabini
- INFN Sezione di Milano - Bicocca, Piazza della Scienza 3, Milano, I-20126, IT, Italy
| | - V I Tretyak
- Institute for Nuclear Research of NASU, Kyiv, 03028, Ukraine
| | - I A Tupitsyna
- Institute of Scintillation Materials of NASU, Kharkiv, 61072, Ukraine
| | - V Wagner
- Technical University of Munich, JamesFranckStrasse 1, Garching, 85748, DE, Germany
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