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Azzolini O, Beeman JW, Bellini F, Beretta M, Biassoni M, Brofferio C, Bucci C, Capelli S, Caracciolo V, Cardani L, Carniti P, Casali N, Celi E, Chiesa D, Clemenza M, Colantoni I, Cremonesi O, Cruciani A, D'Addabbo A, Dafinei I, Di Domizio S, Dompè V, Fantini G, Ferroni F, Gironi L, Giuliani A, Gorla P, Gotti C, Keppel G, Kotila J, Martinez M, Nagorny SS, Nastasi M, Nisi S, Nones C, Orlandi D, Pagnanini L, Pallavicini M, Pattavina L, Pavan M, Pessina G, Pettinacci V, Pirro S, Pozzi S, Previtali E, Puiu A, Ressa A, Rusconi C, Schäffner K, Tomei C, Vignati M, Zolotarova AS. Measurement of the 2νββ Decay Half-Life of ^{82}Se with the Global CUPID-0 Background Model. Phys Rev Lett 2023; 131:222501. [PMID: 38101385 DOI: 10.1103/physrevlett.131.222501] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 06/09/2023] [Revised: 07/31/2023] [Accepted: 10/31/2023] [Indexed: 12/17/2023]
Abstract
We report on the results obtained with the global CUPID-0 background model, which combines the data collected in the two measurement campaigns for a total exposure of 8.82 kg×yr of ^{82}Se. We identify with improved precision the background sources within the 3 MeV energy region, where neutrinoless double β decay of ^{82}Se and ^{100}Mo is expected, making more solid the foundations for the background budget of the next-generation CUPID experiment. Relying on the excellent data reconstruction, we measure the two-neutrino double β-decay half-life of ^{82}Se with unprecedented accuracy: T_{1/2}^{2ν}=[8.69±0.05(stat)_{-0.06}^{+0.09}(syst)]×10^{19} yr.
Collapse
Affiliation(s)
- O Azzolini
- INFN Laboratori Nazionali di Legnaro, I-35020 Legnaro (Padua), Italy
| | - J W Beeman
- Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, California 94720, USA
| | - F Bellini
- Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Piazzale Aldo Moro 2, 00185, Rome, Italy
- INFN, Sezione di Roma, Piazzale Aldo Moro 2, 00185, Rome, Italy
| | - M Beretta
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
- INFN Sezione di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
| | - M Biassoni
- INFN Sezione di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
| | - C Brofferio
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
- INFN Sezione di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
| | - C Bucci
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (L'Aquila), Italy
| | - S Capelli
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
- INFN Sezione di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
| | - V Caracciolo
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (L'Aquila), Italy
| | - L Cardani
- INFN, Sezione di Roma, Piazzale Aldo Moro 2, 00185, Rome, Italy
| | - P Carniti
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
- INFN Sezione di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
| | - N Casali
- INFN, Sezione di Roma, Piazzale Aldo Moro 2, 00185, Rome, Italy
| | - E Celi
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (L'Aquila), Italy
- Gran Sasso Science Institute, 67100, L'Aquila, Italy
| | - D Chiesa
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
- INFN Sezione di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
| | - M Clemenza
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
- INFN Sezione di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
| | - I Colantoni
- INFN, Sezione di Roma, Piazzale Aldo Moro 2, 00185, Rome, Italy
- Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Nanotecnologia, c/o Dipartimento Fisica, Sapienza Universifreference fittà di Roma, 00185, Rome, Italy
| | - O Cremonesi
- INFN Sezione di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
| | - A Cruciani
- INFN, Sezione di Roma, Piazzale Aldo Moro 2, 00185, Rome, Italy
| | - A D'Addabbo
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (L'Aquila), Italy
| | - I Dafinei
- INFN, Sezione di Roma, Piazzale Aldo Moro 2, 00185, Rome, Italy
- Gran Sasso Science Institute, 67100, L'Aquila, Italy
| | - S Di Domizio
- Dipartimento di Fisica, Università di Genova, I-16146 Genova, Italy
- INFN Sezione di Genova, I-16146 Genova, Italy
| | - V Dompè
- Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Piazzale Aldo Moro 2, 00185, Rome, Italy
- INFN, Sezione di Roma, Piazzale Aldo Moro 2, 00185, Rome, Italy
| | - G Fantini
- Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Piazzale Aldo Moro 2, 00185, Rome, Italy
- INFN, Sezione di Roma, Piazzale Aldo Moro 2, 00185, Rome, Italy
| | - F Ferroni
- INFN, Sezione di Roma, Piazzale Aldo Moro 2, 00185, Rome, Italy
- Gran Sasso Science Institute, 67100, L'Aquila, Italy
| | - L Gironi
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
- INFN Sezione di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
| | - A Giuliani
- CNRS/CSNSM, Centre de Sciences Nucléaires et de Sciences de la Matière, 91405 Orsay, France
| | - P Gorla
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (L'Aquila), Italy
| | - C Gotti
- INFN Sezione di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
| | - G Keppel
- INFN Laboratori Nazionali di Legnaro, I-35020 Legnaro (Padua), Italy
| | - J Kotila
- University of Jyväskylä, Department of Physics, P.O. Box 35 (YFL), Jyväskylä FI-40014, Finland
- Finnish Institute for Educational Research, P.O. Box 35 FI-40014 University of Jyväskylä, Jyväskylä 40014, Finland
- Center for Theoretical Physics, Sloane Physics Laboratory, Yale University, New Haven, Connecticut 06520-8120, USA
| | - M Martinez
- Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Piazzale Aldo Moro 2, 00185, Rome, Italy
- INFN, Sezione di Roma, Piazzale Aldo Moro 2, 00185, Rome, Italy
| | - S S Nagorny
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (L'Aquila), Italy
| | - M Nastasi
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
- INFN Sezione di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
| | - S Nisi
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (L'Aquila), Italy
| | - C Nones
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, F-91191 Gif-sur-Yvette, France
| | - D Orlandi
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (L'Aquila), Italy
| | - L Pagnanini
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (L'Aquila), Italy
- Gran Sasso Science Institute, 67100, L'Aquila, Italy
| | - M Pallavicini
- Dipartimento di Fisica, Università di Genova, I-16146 Genova, Italy
- INFN Sezione di Genova, I-16146 Genova, Italy
| | - L Pattavina
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (L'Aquila), Italy
| | - M Pavan
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
- INFN Sezione di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
| | - G Pessina
- INFN Sezione di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
| | - V Pettinacci
- INFN, Sezione di Roma, Piazzale Aldo Moro 2, 00185, Rome, Italy
| | - S Pirro
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (L'Aquila), Italy
| | - S Pozzi
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
- INFN Sezione di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
| | - E Previtali
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (L'Aquila), Italy
| | - A Puiu
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (L'Aquila), Italy
| | - A Ressa
- Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Piazzale Aldo Moro 2, 00185, Rome, Italy
- INFN, Sezione di Roma, Piazzale Aldo Moro 2, 00185, Rome, Italy
| | - C Rusconi
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (L'Aquila), Italy
- Department of Physics and Astronomy, University of South Carolina, Columbia, South Carolina 29208, USA
| | - K Schäffner
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (L'Aquila), Italy
| | - C Tomei
- INFN, Sezione di Roma, Piazzale Aldo Moro 2, 00185, Rome, Italy
| | - M Vignati
- Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Piazzale Aldo Moro 2, 00185, Rome, Italy
- INFN, Sezione di Roma, Piazzale Aldo Moro 2, 00185, Rome, Italy
| | - A S Zolotarova
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, F-91191 Gif-sur-Yvette, France
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Collapse
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Abele H, Angloher G, Bento A, Canonica L, Cappella F, Cardani L, Casali N, Cerulli R, Chalil A, Chebboubi A, Colantoni I, Crocombette JP, Cruciani A, Del Castello G, Del Gallo Roccagiovine M, Desforge D, Doblhammer A, Dumonteil E, Dorer S, Erhart A, Fuss A, Friedl M, Garai A, Ghete VM, Giuliani A, Goupy C, Gunsing F, Hauff D, Jeanneau F, Jericha E, Kaznacheeva M, Kinast A, Kluck H, Langenkämper A, Lasserre T, Letourneau A, Lhuillier D, Litaize O, Mancuso M, de Marcillac P, Marnieros S, Materna T, Mauri B, Mazzolari A, Mazzucato E, Neyrial H, Nones C, Oberauer L, Ortmann T, Ouzriat A, Pattavina L, Peters L, Petricca F, Poda DV, Potzel W, Pröbst F, Reindl F, Rogly R, Romagnoni M, Rothe J, Schermer N, Schieck J, Schönert S, Schwertner C, Scola L, Serot O, Soum-Sidikov G, Stodolsky L, Strauss R, Tamisari M, Thulliez L, Tomei C, Vignati M, Vivier M, Wagner V, Wex A. Observation of a Nuclear Recoil Peak at the 100 eV Scale Induced by Neutron Capture. Phys Rev Lett 2023; 130:211802. [PMID: 37295094 DOI: 10.1103/physrevlett.130.211802] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 11/09/2022] [Revised: 02/12/2023] [Accepted: 04/13/2023] [Indexed: 06/12/2023]
Abstract
Coherent elastic neutrino-nucleus scattering and low-mass dark matter detectors rely crucially on the understanding of their response to nuclear recoils. We report the first observation of a nuclear recoil peak at around 112 eV induced by neutron capture. The measurement was performed with a CaWO_{4} cryogenic detector from the NUCLEUS experiment exposed to a ^{252}Cf source placed in a compact moderator. We identify the expected peak structure from the single-γ de-excitation of ^{183}W with 3σ and its origin by neutron capture with 6σ significance. This result demonstrates a new method for precise, in situ, and nonintrusive calibration of low-threshold experiments.
Collapse
Affiliation(s)
- H Abele
- Atominstitut, Technische Universität Wien, A-1020 Wien, Austria
| | - G Angloher
- Max-Planck-Institut für Physik, D-80805 München, Germany
| | - A Bento
- Max-Planck-Institut für Physik, D-80805 München, Germany
- LIBPhys-UC, Departamento de Fisica, Universidade de Coimbra, P3004 516 Coimbra, Portugal
| | - L Canonica
- Max-Planck-Institut für Physik, D-80805 München, Germany
| | - F Cappella
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare-Sezione di Roma, Roma I-00185, Italy
| | - L Cardani
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare-Sezione di Roma, Roma I-00185, Italy
| | - N Casali
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare-Sezione di Roma, Roma I-00185, Italy
| | - R Cerulli
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare-Sezione di Roma "Tor Vergata", Roma I-00133, Italy
- Dipartimento di Fisica, Università di Roma "Tor Vergata", Roma I-00133, Italy
| | - A Chalil
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France
| | - A Chebboubi
- CEA, DES, IRESNE, DER, Cadarache F-13108 Saint-Paul-Lez-Durance, France
| | - I Colantoni
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare-Sezione di Roma, Roma I-00185, Italy
- Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Nanotecnologia, Roma I-00185, Italy
| | - J-P Crocombette
- CEA, DES, SRMP, Université Paris-Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France
| | - A Cruciani
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare-Sezione di Roma, Roma I-00185, Italy
| | - G Del Castello
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare-Sezione di Roma, Roma I-00185, Italy
- Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Roma I-00185, Italy
| | - M Del Gallo Roccagiovine
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare-Sezione di Roma, Roma I-00185, Italy
- Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Roma I-00185, Italy
| | - D Desforge
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France
| | - A Doblhammer
- Atominstitut, Technische Universität Wien, A-1020 Wien, Austria
| | - E Dumonteil
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France
| | - S Dorer
- Atominstitut, Technische Universität Wien, A-1020 Wien, Austria
| | - A Erhart
- Physik-Department, Technische Universität München, D-85748 Garching, Germany
| | - A Fuss
- Atominstitut, Technische Universität Wien, A-1020 Wien, Austria
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, A-1050 Wien, Austria
| | - M Friedl
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, A-1050 Wien, Austria
| | - A Garai
- Max-Planck-Institut für Physik, D-80805 München, Germany
| | - V M Ghete
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, A-1050 Wien, Austria
| | - A Giuliani
- Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab, 91405 Orsay, France
| | - C Goupy
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France
| | - F Gunsing
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France
| | - D Hauff
- Max-Planck-Institut für Physik, D-80805 München, Germany
| | - F Jeanneau
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France
| | - E Jericha
- Atominstitut, Technische Universität Wien, A-1020 Wien, Austria
| | - M Kaznacheeva
- Physik-Department, Technische Universität München, D-85748 Garching, Germany
| | - A Kinast
- Physik-Department, Technische Universität München, D-85748 Garching, Germany
| | - H Kluck
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, A-1050 Wien, Austria
| | - A Langenkämper
- Max-Planck-Institut für Physik, D-80805 München, Germany
| | - T Lasserre
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France
- Physik-Department, Technische Universität München, D-85748 Garching, Germany
| | - A Letourneau
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France
| | - D Lhuillier
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France
| | - O Litaize
- CEA, DES, IRESNE, DER, Cadarache F-13108 Saint-Paul-Lez-Durance, France
| | - M Mancuso
- Max-Planck-Institut für Physik, D-80805 München, Germany
| | - P de Marcillac
- Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab, 91405 Orsay, France
| | - S Marnieros
- Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab, 91405 Orsay, France
| | - T Materna
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France
| | - B Mauri
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France
| | - A Mazzolari
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare-Sezione di Ferrara, I-44122 Ferrara, Italy
| | - E Mazzucato
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France
| | - H Neyrial
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France
| | - C Nones
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France
| | - L Oberauer
- Physik-Department, Technische Universität München, D-85748 Garching, Germany
| | - T Ortmann
- Physik-Department, Technische Universität München, D-85748 Garching, Germany
| | - A Ouzriat
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France
| | - L Pattavina
- Physik-Department, Technische Universität München, D-85748 Garching, Germany
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare-Laboratori Nazionali del Gran Sasso, 67100 Assergi, Italy
| | - L Peters
- Physik-Department, Technische Universität München, D-85748 Garching, Germany
| | - F Petricca
- Max-Planck-Institut für Physik, D-80805 München, Germany
| | - D V Poda
- Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab, 91405 Orsay, France
| | - W Potzel
- Physik-Department, Technische Universität München, D-85748 Garching, Germany
| | - F Pröbst
- Max-Planck-Institut für Physik, D-80805 München, Germany
| | - F Reindl
- Atominstitut, Technische Universität Wien, A-1020 Wien, Austria
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, A-1050 Wien, Austria
| | - R Rogly
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France
| | - M Romagnoni
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare-Sezione di Ferrara, I-44122 Ferrara, Italy
| | - J Rothe
- Physik-Department, Technische Universität München, D-85748 Garching, Germany
| | - N Schermer
- Physik-Department, Technische Universität München, D-85748 Garching, Germany
| | - J Schieck
- Atominstitut, Technische Universität Wien, A-1020 Wien, Austria
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, A-1050 Wien, Austria
| | - S Schönert
- Physik-Department, Technische Universität München, D-85748 Garching, Germany
| | - C Schwertner
- Atominstitut, Technische Universität Wien, A-1020 Wien, Austria
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, A-1050 Wien, Austria
| | - L Scola
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France
| | - O Serot
- CEA, DES, IRESNE, DER, Cadarache F-13108 Saint-Paul-Lez-Durance, France
| | - G Soum-Sidikov
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France
| | - L Stodolsky
- Max-Planck-Institut für Physik, D-80805 München, Germany
| | - R Strauss
- Physik-Department, Technische Universität München, D-85748 Garching, Germany
| | - M Tamisari
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare-Sezione di Ferrara, I-44122 Ferrara, Italy
- Dipartimento di Fisica, Università di Ferrara, I-44122 Ferrara, Italy
| | - L Thulliez
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France
| | - C Tomei
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare-Sezione di Roma, Roma I-00185, Italy
| | - M Vignati
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare-Sezione di Roma, Roma I-00185, Italy
- Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Roma I-00185, Italy
| | - M Vivier
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, France
| | - V Wagner
- Physik-Department, Technische Universität München, D-85748 Garching, Germany
| | - A Wex
- Physik-Department, Technische Universität München, D-85748 Garching, Germany
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Azzolini O, Beeman JW, Bellini F, Beretta M, Biassoni M, Brofferio C, Bucci C, Capelli S, Caracciolo V, Cardani L, Carniti P, Casali N, Chiesa D, Clemenza M, Colantoni I, Cremonesi O, Cruciani A, D'Addabbo A, Dafinei I, De Dominicis F, Di Domizio S, Ferroni F, Gironi L, Giuliani A, Gorla P, Gotti C, Keppel G, Martinez M, Nagorny S, Nastasi M, Nisi S, Nones C, Orlandi D, Pagnanini L, Pallavicini M, Pattavina L, Pavan M, Pessina G, Pettinacci V, Pirro S, Pozzi S, Previtali E, Puiu A, Rusconi C, Schäffner K, Tomei C, Vignati M, Zolotarova AS. Final Result on the Neutrinoless Double Beta Decay of ^{82}Se with CUPID-0. Phys Rev Lett 2022; 129:111801. [PMID: 36154394 DOI: 10.1103/physrevlett.129.111801] [Citation(s) in RCA: 2] [Impact Index Per Article: 1.0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 01/03/2022] [Accepted: 07/22/2022] [Indexed: 06/16/2023]
Abstract
CUPID-0, an array of Zn^{82}Se cryogenic calorimeters, was the first medium-scale demonstrator of the scintillating bolometers' technology. The first project phase (March 2017-December 2018) allowed the most stringent limit on the neutrinoless double beta decay half-life of the isotope of interest, ^{82}Se, to be set. After a six month long detector upgrade, CUPID-0 began its second and last phase (June 2019-February 2020). In this Letter, we describe the search for neutrinoless double beta decay of ^{82}Se with a total exposure (phase I+II) of 8.82 kg yr^{-1} of isotope. We set a limit on the half-life of ^{82}Se to the ground state of ^{82}Kr of T_{1/2}^{0ν}(^{82}Se)>4.6×10^{24} yr (90% credible interval), corresponding to an effective Majorana neutrino mass m_{ββ}<(263-545) meV. We also set the most stringent lower limits on the neutrinoless decays of ^{82}Se to the 0_{1}^{+}, 2_{1}^{+}, and 2_{2}^{+} excited states of ^{82}Kr, finding 1.8×10^{23} yr, 3.0×10^{23} yr, and 3.2×10^{23} yr (90% credible interval) respectively.
Collapse
Affiliation(s)
- O Azzolini
- INFN Laboratori Nazionali di Legnaro, I-35020 Legnaro (Pd), Italy
| | - J W Beeman
- Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, California 94720, USA
| | - F Bellini
- Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, P.le Aldo Moro 2, 00185 Roma, Italy
- INFN, Sezione di Roma, P.le Aldo Moro 2, 00185 Roma, Italy
| | - M Beretta
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
- INFN Sezione di Milano - Bicocca, I-20126 Milano, Italy
| | - M Biassoni
- INFN Sezione di Milano - Bicocca, I-20126 Milano, Italy
| | - C Brofferio
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
- INFN Sezione di Milano - Bicocca, I-20126 Milano, Italy
| | - C Bucci
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (AQ), Italy
| | - S Capelli
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
- INFN Sezione di Milano - Bicocca, I-20126 Milano, Italy
| | - V Caracciolo
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (AQ), Italy
| | - L Cardani
- INFN, Sezione di Roma, P.le Aldo Moro 2, 00185 Roma, Italy
| | - P Carniti
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
- INFN Sezione di Milano - Bicocca, I-20126 Milano, Italy
| | - N Casali
- INFN, Sezione di Roma, P.le Aldo Moro 2, 00185 Roma, Italy
| | - D Chiesa
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
- INFN Sezione di Milano - Bicocca, I-20126 Milano, Italy
| | - M Clemenza
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
- INFN Sezione di Milano - Bicocca, I-20126 Milano, Italy
| | - I Colantoni
- INFN, Sezione di Roma, P.le Aldo Moro 2, 00185 Roma, Italy
- Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Nanotecnologia, c/o Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, 00185 Rome, Italy
| | - O Cremonesi
- INFN Sezione di Milano - Bicocca, I-20126 Milano, Italy
| | - A Cruciani
- INFN, Sezione di Roma, P.le Aldo Moro 2, 00185 Roma, Italy
| | - A D'Addabbo
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (AQ), Italy
| | - I Dafinei
- INFN, Sezione di Roma, P.le Aldo Moro 2, 00185 Roma, Italy
| | - F De Dominicis
- INFN, Sezione di Roma, P.le Aldo Moro 2, 00185 Roma, Italy
- Gran Sasso Science Institute, 67100 L'Aquila, Italy
| | - S Di Domizio
- Dipartimento di Fisica, Università di Genova, I-16146 Genova, Italy
- INFN Sezione di Genova, I-16146 Genova, Italy
| | - F Ferroni
- INFN, Sezione di Roma, P.le Aldo Moro 2, 00185 Roma, Italy
- Gran Sasso Science Institute, 67100 L'Aquila, Italy
| | - L Gironi
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
- INFN Sezione di Milano - Bicocca, I-20126 Milano, Italy
| | - A Giuliani
- CNRS/CSNSM, Centre de Sciences Nucléaires et de Sciences de la Matière, 91405 Orsay, France
| | - P Gorla
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (AQ), Italy
| | - C Gotti
- INFN Sezione di Milano - Bicocca, I-20126 Milano, Italy
| | - G Keppel
- INFN Laboratori Nazionali di Legnaro, I-35020 Legnaro (Pd), Italy
| | - M Martinez
- Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, P.le Aldo Moro 2, 00185 Roma, Italy
- INFN, Sezione di Roma, P.le Aldo Moro 2, 00185 Roma, Italy
| | - S Nagorny
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (AQ), Italy
| | - M Nastasi
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
- INFN Sezione di Milano - Bicocca, I-20126 Milano, Italy
| | - S Nisi
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (AQ), Italy
| | - C Nones
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, F-91191 Gif-sur-Yvette, France
| | - D Orlandi
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (AQ), Italy
| | - L Pagnanini
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (AQ), Italy
- Gran Sasso Science Institute, 67100 L'Aquila, Italy
| | - M Pallavicini
- Dipartimento di Fisica, Università di Genova, I-16146 Genova, Italy
- INFN Sezione di Genova, I-16146 Genova, Italy
| | - L Pattavina
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (AQ), Italy
| | - M Pavan
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
- INFN Sezione di Milano - Bicocca, I-20126 Milano, Italy
| | - G Pessina
- INFN Sezione di Milano - Bicocca, I-20126 Milano, Italy
| | - V Pettinacci
- INFN, Sezione di Roma, P.le Aldo Moro 2, 00185 Roma, Italy
| | - S Pirro
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (AQ), Italy
| | - S Pozzi
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
- INFN Sezione di Milano - Bicocca, I-20126 Milano, Italy
| | - E Previtali
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca, I-20126 Milano, Italy
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (AQ), Italy
| | - A Puiu
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (AQ), Italy
- Gran Sasso Science Institute, 67100 L'Aquila, Italy
| | - C Rusconi
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (AQ), Italy
- Department of Physics and Astronomy, University of South Carolina, Columbia, South Carolina 29208, USA
| | - K Schäffner
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, I-67100 Assergi (AQ), Italy
| | - C Tomei
- INFN, Sezione di Roma, P.le Aldo Moro 2, 00185 Roma, Italy
| | - M Vignati
- Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, P.le Aldo Moro 2, 00185 Roma, Italy
- INFN, Sezione di Roma, P.le Aldo Moro 2, 00185 Roma, Italy
| | - A S Zolotarova
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay, F-91191 Gif-sur-Yvette, France
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Cardani L, Valenti F, Casali N, Catelani G, Charpentier T, Clemenza M, Colantoni I, Cruciani A, D'Imperio G, Gironi L, Grünhaupt L, Gusenkova D, Henriques F, Lagoin M, Martinez M, Pettinari G, Rusconi C, Sander O, Tomei C, Ustinov AV, Weber M, Wernsdorfer W, Vignati M, Pirro S, Pop IM. Reducing the impact of radioactivity on quantum circuits in a deep-underground facility. Nat Commun 2021; 12:2733. [PMID: 33980835 PMCID: PMC8115287 DOI: 10.1038/s41467-021-23032-z] [Citation(s) in RCA: 8] [Impact Index Per Article: 2.7] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 12/21/2020] [Accepted: 04/13/2021] [Indexed: 11/29/2022] Open
Abstract
As quantum coherence times of superconducting circuits have increased from nanoseconds to hundreds of microseconds, they are currently one of the leading platforms for quantum information processing. However, coherence needs to further improve by orders of magnitude to reduce the prohibitive hardware overhead of current error correction schemes. Reaching this goal hinges on reducing the density of broken Cooper pairs, so-called quasiparticles. Here, we show that environmental radioactivity is a significant source of nonequilibrium quasiparticles. Moreover, ionizing radiation introduces time-correlated quasiparticle bursts in resonators on the same chip, further complicating quantum error correction. Operating in a deep-underground lead-shielded cryostat decreases the quasiparticle burst rate by a factor thirty and reduces dissipation up to a factor four, showcasing the importance of radiation abatement in future solid-state quantum hardware.
Collapse
Affiliation(s)
| | - F Valenti
- PHI, Karlsruhe Institute of Technology, Karlsruhe, Germany
- IPE, Karlsruhe Institute of Technology, Eggenstein-Leopoldshafen, Germany
| | - N Casali
- INFN Sezione di Roma, Roma, Italy
| | - G Catelani
- JARA Institute for Quantum Information, Forschungszentrum Jülich, Jülich, Germany
| | - T Charpentier
- PHI, Karlsruhe Institute of Technology, Karlsruhe, Germany
| | - M Clemenza
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano - Bicocca, Milano, Italy
- INFN Sezione di Milano - Bicocca, Milano, Italy
| | - I Colantoni
- INFN Sezione di Roma, Roma, Italy
- Istituto di Nanotecnologia, Consiglio Nazionale delle Ricerche, c/o Dip. Fisica, Sapienza Università di Roma, Roma, Italy
| | | | | | - L Gironi
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano - Bicocca, Milano, Italy
- INFN Sezione di Milano - Bicocca, Milano, Italy
| | - L Grünhaupt
- PHI, Karlsruhe Institute of Technology, Karlsruhe, Germany
| | - D Gusenkova
- PHI, Karlsruhe Institute of Technology, Karlsruhe, Germany
| | - F Henriques
- PHI, Karlsruhe Institute of Technology, Karlsruhe, Germany
| | - M Lagoin
- PHI, Karlsruhe Institute of Technology, Karlsruhe, Germany
| | - M Martinez
- Fundación ARAID and Centro de Astropartículas y Física de Altas Energías, Universidad de Zaragoza, Zaragoza, Spain
| | - G Pettinari
- Institute for Photonics and Nanotechnologies, National Research Council, Rome, Italy
| | - C Rusconi
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Assergi, Italy
- Department of Physics and Astronomy, University of South Carolina, Columbia, USA
| | - O Sander
- IPE, Karlsruhe Institute of Technology, Eggenstein-Leopoldshafen, Germany
| | - C Tomei
- INFN Sezione di Roma, Roma, Italy
| | - A V Ustinov
- PHI, Karlsruhe Institute of Technology, Karlsruhe, Germany
- National University of Science and Technology MISIS, Moscow, Russia
- Russian Quantum Center, Skolkovo, Moscow, Russia
| | - M Weber
- IPE, Karlsruhe Institute of Technology, Eggenstein-Leopoldshafen, Germany
| | - W Wernsdorfer
- PHI, Karlsruhe Institute of Technology, Karlsruhe, Germany
- IQMT, Karlsruhe Institute of Technology, Eggenstein-Leopoldshafen, Germany
- Institut Néel, CNRS and Université Joseph Fourier, Grenoble, France
| | - M Vignati
- INFN Sezione di Roma, Roma, Italy
- Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Roma, Italy
| | - S Pirro
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Assergi, Italy
| | - I M Pop
- PHI, Karlsruhe Institute of Technology, Karlsruhe, Germany.
- IQMT, Karlsruhe Institute of Technology, Eggenstein-Leopoldshafen, Germany.
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Pollastri S, D'Acapito F, Trapananti A, Colantoni I, Andreozzi GB, Gualtieri AF. The chemical environment of iron in mineral fibres. A combined X-ray absorption and Mössbauer spectroscopic study. J Hazard Mater 2015; 298:282-293. [PMID: 26073382 DOI: 10.1016/j.jhazmat.2015.05.010] [Citation(s) in RCA: 17] [Impact Index Per Article: 1.9] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 01/12/2015] [Revised: 04/14/2015] [Accepted: 05/08/2015] [Indexed: 06/04/2023]
Abstract
Although asbestos represents today one of the most harmful contaminant on Earth, in 72% of the countries worldwide only amphiboles are banned while controlled use of chrysotile is allowed. Uncertainty on the potential toxicity of chrysotile is due to the fact that the mechanisms by which mineral fibres induces cyto- and geno-toxic damage are still unclear. We have recently started a long term project aimed at the systematic investigation of the crystal-chemistry, bio-interaction and toxicity of the mineral fibres. This work presents a systematic structural investigation of iron in asbestos and erionite (considered the most relevant mineral fibres of social and/or economic-industrial importance) using synchrotron X-ray absorption and Mössbauer spectroscopy. In all investigated mineral fibres, iron in the bulk structure is found in octahedral sites and can be made available at the surface via fibre dissolution. We postulate that the amount of hydroxyl radicals released by the fibers depends, among other factors, upon their dissolution rate; in relation to this, a ranking of ability of asbestos fibres to generate hydroxyl radicals, resulting from available surface iron, is advanced: amosite > crocidolite ≈ chrysotile > anthophyllite > tremolite. Erionite, with a fairly high toxicity potential, contains only octahedrally coordinated Fe(3+). Although it needs further experimental evidence, such available surface iron may be present as oxide nanoparticles coating and can be a direct cause of generation of hydroxyl radicals when such coating dissolves.
Collapse
Affiliation(s)
- Simone Pollastri
- Department of Chemical and Geological Sciences, University of Modena and Reggio Emilia, Via S. Eufemia 19, I-41121 Modena, Italy.
| | - Francesco D'Acapito
- CNR-IOM-OGG c/o ESRF, GILDA CRG, 71 Rue des Martyrs, F-38000 Grenoble, France
| | - Angela Trapananti
- CNR-IOM-OGG c/o ESRF, GILDA CRG, 71 Rue des Martyrs, F-38000 Grenoble, France
| | - Ivan Colantoni
- Department of Physics, University of Rome "Tor Vergata", Via della ricerca scientifica 1, I-00133 Roma, Italy
| | - Giovanni B Andreozzi
- Department of Earth Sciences, Sapienza University of Rome, Piazzale Aldo Moro 5, I-00185 Roma, Italy
| | - Alessandro F Gualtieri
- Department of Chemical and Geological Sciences, University of Modena and Reggio Emilia, Via S. Eufemia 19, I-41121 Modena, Italy
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6
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Battistelli ES, Bellini F, Bucci C, Calvo M, Cardani L, Casali N, Castellano MG, Colantoni I, Coppolecchia A, Cosmelli C, Cruciani A, de Bernardis P, Di Domizio S, D’Addabbo A, Martinez M, Masi S, Pagnanini L, Tomei C, Vignati M. CALDER: neutrinoless double-beta decay identification in TeO[Formula: see text] bolometers with kinetic inductance detectors. Eur Phys J C Part Fields 2015; 75:353. [PMID: 26269692 PMCID: PMC4528268 DOI: 10.1140/epjc/s10052-015-3575-6] [Citation(s) in RCA: 2] [Impact Index Per Article: 0.2] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Track Full Text] [Figures] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 05/20/2015] [Accepted: 07/20/2015] [Indexed: 06/04/2023]
Abstract
Next-generation experiments searching for neutrinoless double-beta decay must be sensitive to a Majorana neutrino mass as low as 10[Formula: see text]. CUORE , an array of 988 TeO[Formula: see text] bolometers being commissioned at Laboratori Nazionali del Gran Sasso, features an expected sensitivity of 50-130[Formula: see text] at 90 % C.L. The background is expected to be dominated by [Formula: see text] radioactivity, and can be in principle removed by detecting the small amount of Cherenkov light emitted by the [Formula: see text] signal. The Cryogenic wide-Area Light Detectors with Excellent Resolution project aims at developing a small prototype experiment consisting of TeO[Formula: see text] bolometers coupled to high-sensitivity light detectors based on kinetic inductance detectors. The R&D is focused on the light detectors in view of the implementation in a next-generation neutrinoless double-beta decay experiment.
Collapse
Affiliation(s)
| | - F. Bellini
- />Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
- />INFN Sezione di Roma, Rome, Italy
| | - C. Bucci
- />INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Assergi, AQ Italy
| | - M. Calvo
- />Institut Néel, CNRS, Saint-Martin-d’Héres, France
| | - L. Cardani
- />Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
- />Physics Department, Princeton University, Princeton, NJ, USA
| | - N. Casali
- />Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
- />INFN Sezione di Roma, Rome, Italy
| | | | - I. Colantoni
- />Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
| | - A. Coppolecchia
- />Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
| | - C. Cosmelli
- />Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
- />INFN Sezione di Roma, Rome, Italy
| | - A. Cruciani
- />Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
- />INFN Sezione di Roma, Rome, Italy
| | - P. de Bernardis
- />Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
- />INFN Sezione di Roma, Rome, Italy
| | - S. Di Domizio
- />Dipartimento di Fisica, Università di Genova, Genoa, Italy
- />INFN Sezione di Genova, Genoa, Italy
| | - A. D’Addabbo
- />INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Assergi, AQ Italy
| | - M. Martinez
- />Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
- />INFN Sezione di Roma, Rome, Italy
| | - S. Masi
- />Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
- />INFN Sezione di Roma, Rome, Italy
| | - L. Pagnanini
- />INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, Assergi, AQ Italy
- />INFN Gran Sasso Science Institute, L’Aquila, Italy
| | - C. Tomei
- />INFN Sezione di Roma, Rome, Italy
| | - M. Vignati
- />Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
- />INFN Sezione di Roma, Rome, Italy
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Collapse
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