European Physical Journal C: Particles and Fields (Feb 2021)
Characterization of cubic Li $$_{2}$$ 2 $$^{100}$$ 100 MoO $$_4$$ 4 crystals for the CUPID experiment
- The CUPID Collaboration,
- A. Armatol,
- E. Armengaud,
- W. Armstrong,
- C. Augier,
- F. T. Avignone,
- O. Azzolini,
- A. Barabash,
- G. Bari,
- A. Barresi,
- D. Baudin,
- F. Bellini,
- G. Benato,
- M. Beretta,
- L. Bergé,
- M. Biassoni,
- J. Billard,
- V. Boldrini,
- A. Branca,
- C. Brofferio,
- C. Bucci,
- J. Camilleri,
- S. Capelli,
- L. Cappelli,
- L. Cardani,
- P. Carniti,
- N. Casali,
- A. Cazes,
- E. Celi,
- C. Chang,
- M. Chapellier,
- A. Charrier,
- D. Chiesa,
- M. Clemenza,
- I. Colantoni,
- F. Collamati,
- S. Copello,
- O. Cremonesi,
- R. J. Creswick,
- A. Cruciani,
- A. D’Addabbo,
- G. D’Imperio,
- I. Dafinei,
- F. A. Danevich,
- M. de Combarieu,
- M. De Jesus,
- P. de Marcillac,
- S. Dell’Oro,
- S. Di Domizio,
- V. Dompè,
- A. Drobizhev,
- L. Dumoulin,
- G. Fantini,
- M. Faverzani,
- E. Ferri,
- F. Ferri,
- F. Ferroni,
- E. Figueroa-Feliciano,
- J. Formaggio,
- A. Franceschi,
- C. Fu,
- S. Fu,
- B. K. Fujikawa,
- J. Gascon,
- A. Giachero,
- L. Gironi,
- A. Giuliani,
- P. Gorla,
- C. Gotti,
- P. Gras,
- M. Gros,
- T. D. Gutierrez,
- K. Han,
- E. V. Hansen,
- K. M. Heeger,
- D. L. Helis,
- H. Z. Huang,
- R. G. Huang,
- L. Imbert,
- J. Johnston,
- A. Juillard,
- G. Karapetrov,
- G. Keppel,
- H. Khalife,
- V. V. Kobychev,
- Yu. G. Kolomensky,
- S. Konovalov,
- Y. Liu,
- P. Loaiza,
- L. Ma,
- M. Madhukuttan,
- F. Mancarella,
- R. Mariam,
- L. Marini,
- S. Marnieros,
- M. Martinez,
- R. H. Maruyama,
- B. Mauri,
- D. Mayer,
- Y. Mei,
- S. Milana,
- D. Misiak,
- T. Napolitano,
- M. Nastasi,
- X. F. Navick,
- J. Nikkel,
- R. Nipoti,
- S. Nisi,
- C. Nones,
- E. B. Norman,
- V. Novosad,
- I. Nutini,
- T. O’Donnell,
- E. Olivieri,
- C. Oriol,
- J. L. Ouellet,
- S. Pagan,
- C. Pagliarone,
- L. Pagnanini,
- P. Pari,
- L. Pattavina,
- B. Paul,
- M. Pavan,
- H. Peng,
- G. Pessina,
- V. Pettinacci,
- C. Pira,
- S. Pirro,
- D. V. Poda,
- T. Polakovic,
- O. G. Polischuk,
- S. Pozzi,
- E. Previtali,
- A. Puiu,
- A. Ressa,
- R. Rizzoli,
- C. Rosenfeld,
- C. Rusconi,
- V. Sanglard,
- J. A. Scarpaci,
- B. Schmidt,
- V. Sharma,
- V. Shlegel,
- V. Singh,
- M. Sisti,
- D. Speller,
- P. T. Surukuchi,
- L. Taffarello,
- O. Tellier,
- C. Tomei,
- V. I. Tretyak,
- A. Tsymbaliuk,
- M. Velazquez,
- K. J. Vetter,
- S. L. Wagaarachchi,
- G. Wang,
- L. Wang,
- B. Welliver,
- J. Wilson,
- K. Wilson,
- L. A. Winslow,
- M. Xue,
- L. Yan,
- J. Yang,
- V. Yefremenko,
- V. Yumatov,
- M. M. Zarytskyy,
- J. Zhang,
- A. Zolotarova,
- S. Zucchelli
Affiliations
- The CUPID Collaboration
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- A. Armatol
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- E. Armengaud
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- W. Armstrong
- Argonne National Laboratory
- C. Augier
- Institut de Physique des 2 Infinis
- F. T. Avignone
- University of South Carolina
- O. Azzolini
- INFN Laboratori Nazionali di Legnaro
- A. Barabash
- National Research Centre Kurchatov Institute, Institute for Theoretical and Experimental Physics
- G. Bari
- INFN Sezione di Bologna
- A. Barresi
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- D. Baudin
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- F. Bellini
- INFN Sezione di Roma
- G. Benato
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- M. Beretta
- University of California
- L. Bergé
- Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab
- M. Biassoni
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- J. Billard
- Institut de Physique des 2 Infinis
- V. Boldrini
- INFN Sezione di Bologna
- A. Branca
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- C. Brofferio
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- C. Bucci
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- J. Camilleri
- Virginia Polytechnic Institute and State University
- S. Capelli
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- L. Cappelli
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- L. Cardani
- INFN Sezione di Roma
- P. Carniti
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- N. Casali
- INFN Sezione di Roma
- A. Cazes
- Institut de Physique des 2 Infinis
- E. Celi
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- C. Chang
- Argonne National Laboratory
- M. Chapellier
- Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab
- A. Charrier
- IRAMIS, CEA, Université Paris-Saclay
- D. Chiesa
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- M. Clemenza
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- I. Colantoni
- INFN Sezione di Roma
- F. Collamati
- INFN Sezione di Roma
- S. Copello
- INFN Sezione di Genova
- O. Cremonesi
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- R. J. Creswick
- University of South Carolina
- A. Cruciani
- INFN Sezione di Roma
- A. D’Addabbo
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- G. D’Imperio
- INFN Sezione di Roma
- I. Dafinei
- INFN Sezione di Roma
- F. A. Danevich
- Institute for Nuclear Research of NASU
- M. de Combarieu
- IRAMIS, CEA, Université Paris-Saclay
- M. De Jesus
- Institut de Physique des 2 Infinis
- P. de Marcillac
- Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab
- S. Dell’Oro
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- S. Di Domizio
- INFN Sezione di Genova
- V. Dompè
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- A. Drobizhev
- Lawrence Berkeley National Laboratory
- L. Dumoulin
- Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab
- G. Fantini
- INFN Sezione di Roma
- M. Faverzani
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- E. Ferri
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- F. Ferri
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- F. Ferroni
- INFN Sezione di Roma
- E. Figueroa-Feliciano
- Northwestern University
- J. Formaggio
- Massachusetts Institute of Technology
- A. Franceschi
- INFN Laboratori Nazionali di Frascati
- C. Fu
- Fudan University
- S. Fu
- Fudan University
- B. K. Fujikawa
- Lawrence Berkeley National Laboratory
- J. Gascon
- Institut de Physique des 2 Infinis
- A. Giachero
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- L. Gironi
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- A. Giuliani
- Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab
- P. Gorla
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- C. Gotti
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- P. Gras
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- M. Gros
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- T. D. Gutierrez
- California Polytechnic State University
- K. Han
- Shanghai Jiao Tong University
- E. V. Hansen
- University of California
- K. M. Heeger
- Yale University
- D. L. Helis
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- H. Z. Huang
- Fudan University
- R. G. Huang
- University of California
- L. Imbert
- Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab
- J. Johnston
- Massachusetts Institute of Technology
- A. Juillard
- Institut de Physique des 2 Infinis
- G. Karapetrov
- Drexel University
- G. Keppel
- INFN Laboratori Nazionali di Legnaro
- H. Khalife
- Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab
- V. V. Kobychev
- Institute for Nuclear Research of NASU
- Yu. G. Kolomensky
- University of California
- S. Konovalov
- National Research Centre Kurchatov Institute, Institute for Theoretical and Experimental Physics
- Y. Liu
- Beijing Normal University
- P. Loaiza
- Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab
- L. Ma
- Fudan University
- M. Madhukuttan
- Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab
- F. Mancarella
- INFN Sezione di Bologna
- R. Mariam
- Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab
- L. Marini
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- S. Marnieros
- Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab
- M. Martinez
- Centro de Astropartículas y Física de Altas Energías, Universidad de Zaragoza
- R. H. Maruyama
- Yale University
- B. Mauri
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- D. Mayer
- Massachusetts Institute of Technology
- Y. Mei
- Lawrence Berkeley National Laboratory
- S. Milana
- INFN Sezione di Roma
- D. Misiak
- Institut de Physique des 2 Infinis
- T. Napolitano
- INFN Laboratori Nazionali di Frascati
- M. Nastasi
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- X. F. Navick
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- J. Nikkel
- Yale University
- R. Nipoti
- INFN Sezione di Bologna
- S. Nisi
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- C. Nones
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- E. B. Norman
- University of California
- V. Novosad
- Argonne National Laboratory
- I. Nutini
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- T. O’Donnell
- Virginia Polytechnic Institute and State University
- E. Olivieri
- Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab
- C. Oriol
- Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab
- J. L. Ouellet
- Massachusetts Institute of Technology
- S. Pagan
- Yale University
- C. Pagliarone
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- L. Pagnanini
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- P. Pari
- IRAMIS, CEA, Université Paris-Saclay
- L. Pattavina
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- B. Paul
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- M. Pavan
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- H. Peng
- University of Science and Technology of China
- G. Pessina
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- V. Pettinacci
- INFN Sezione di Roma
- C. Pira
- INFN Laboratori Nazionali di Legnaro
- S. Pirro
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- D. V. Poda
- Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab
- T. Polakovic
- Argonne National Laboratory
- O. G. Polischuk
- Institute for Nuclear Research of NASU
- S. Pozzi
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- E. Previtali
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- A. Puiu
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- A. Ressa
- INFN Sezione di Roma
- R. Rizzoli
- INFN Sezione di Bologna
- C. Rosenfeld
- University of South Carolina
- C. Rusconi
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- V. Sanglard
- Institut de Physique des 2 Infinis
- J. A. Scarpaci
- Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab
- B. Schmidt
- Lawrence Berkeley National Laboratory
- V. Sharma
- Virginia Polytechnic Institute and State University
- V. Shlegel
- Nikolaev Institute of Inorganic Chemistry
- V. Singh
- University of California
- M. Sisti
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- D. Speller
- Yale University
- P. T. Surukuchi
- Yale University
- L. Taffarello
- INFN Sezione di Padova
- O. Tellier
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- C. Tomei
- INFN Sezione di Roma
- V. I. Tretyak
- Institute for Nuclear Research of NASU
- A. Tsymbaliuk
- INFN Laboratori Nazionali di Legnaro
- M. Velazquez
- CNRS, University Grenoble Alpes, Grenoble INP, SIMAP
- K. J. Vetter
- University of California
- S. L. Wagaarachchi
- University of California
- G. Wang
- Argonne National Laboratory
- L. Wang
- Beijing Normal University
- B. Welliver
- Lawrence Berkeley National Laboratory
- J. Wilson
- University of South Carolina
- K. Wilson
- University of South Carolina
- L. A. Winslow
- Massachusetts Institute of Technology
- M. Xue
- University of Science and Technology of China
- L. Yan
- Fudan University
- J. Yang
- University of Science and Technology of China
- V. Yefremenko
- Argonne National Laboratory
- V. Yumatov
- National Research Centre Kurchatov Institute, Institute for Theoretical and Experimental Physics
- M. M. Zarytskyy
- Institute for Nuclear Research of NASU
- J. Zhang
- Argonne National Laboratory
- A. Zolotarova
- Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab
- S. Zucchelli
- INFN Sezione di Bologna
- DOI
- https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-020-08809-8
- Journal volume & issue
-
Vol. 81,
no. 2
pp. 1 – 10
Abstract
Abstract The CUPID Collaboration is designing a tonne-scale, background-free detector to search for double beta decay with sufficient sensitivity to fully explore the parameter space corresponding to the inverted neutrino mass hierarchy scenario. One of the CUPID demonstrators, CUPID-Mo, has proved the potential of enriched Li $$_{2}$$ 2 $$^{100}$$ 100 MoO $$_4$$ 4 crystals as suitable detectors for neutrinoless double beta decay search. In this work, we characterised cubic crystals that, compared to the cylindrical crystals used by CUPID-Mo, are more appealing for the construction of tightly packed arrays. We measured an average energy resolution of ( $$6.7\pm 0.6$$ 6.7 ± 0.6 ) keV FWHM in the region of interest, approaching the CUPID target of 5 keV FWHM. We assessed the identification of $$\alpha $$ α particles with and without a reflecting foil that enhances the scintillation light collection efficiency, proving that the baseline design of CUPID already ensures a complete suppression of this $$\alpha $$ α -induced background contribution. We also used the collected data to validate a Monte Carlo simulation modelling the light collection efficiency, which will enable further optimisations of the detector.