European Physical Journal C: Particles and Fields (Jan 2024)
A plastic scintillation muon veto for sub-Kelvin temperatures
- A. Erhart,
- V. Wagner,
- A. Wex,
- C. Goupy,
- D. Lhuillier,
- E. Namuth,
- C. Nones,
- R. Rogly,
- V. Savu,
- M. Schwarz,
- R. Strauss,
- M. Vivier,
- H. Abele,
- G. Angloher,
- A. Bento,
- J. Burkhart,
- L. Canonica,
- F. Cappella,
- N. Casali,
- R. Cerulli,
- A. Cruciani,
- G. del Castello,
- M. del Gallo Roccagiovine,
- A. Doblhammer,
- S. Dorer,
- M. Friedl,
- A. Garai,
- V. M. Ghete,
- D. Hauff,
- F. Jeanneau,
- E. Jericha,
- M. Kaznacheeva,
- A. Kinast,
- H. Kluck,
- A. Langenkämper,
- T. Lasserre,
- M. Mancuso,
- R. Martin,
- B. Mauri,
- A. Mazzolari,
- E. Mazzucato,
- H. Neyrial,
- L. Oberauer,
- T. Ortmann,
- L. Pattavina,
- L. Peters,
- F. Petricca,
- W. Potzel,
- F. Pröbst,
- F. Pucci,
- F. Reindl,
- M. Romagnoni,
- J. Rothe,
- N. Schermer,
- J. Schieck,
- S. Schönert,
- C. Schwertner,
- L. Scola,
- G. Soum-Sidikov,
- L. Stodolsky,
- M. Tamisari,
- C. Tomei,
- M. Vignati
Affiliations
- A. Erhart
- Physik-Department, Technische Universität München
- V. Wagner
- Physik-Department, Technische Universität München
- A. Wex
- Physik-Department, Technische Universität München
- C. Goupy
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- D. Lhuillier
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- E. Namuth
- Physik-Department, Technische Universität München
- C. Nones
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- R. Rogly
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- V. Savu
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- M. Schwarz
- Physik-Department, Technische Universität München
- R. Strauss
- Physik-Department, Technische Universität München
- M. Vivier
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- H. Abele
- Atominstitut, Technische Universität Wien
- G. Angloher
- Max-Planck-Institut für Physik
- A. Bento
- Max-Planck-Institut für Physik
- J. Burkhart
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
- L. Canonica
- Max-Planck-Institut für Physik
- F. Cappella
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma
- N. Casali
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma
- R. Cerulli
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma “Tor Vergat”
- A. Cruciani
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma
- G. del Castello
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma
- M. del Gallo Roccagiovine
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma
- A. Doblhammer
- Atominstitut, Technische Universität Wien
- S. Dorer
- Atominstitut, Technische Universität Wien
- M. Friedl
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
- A. Garai
- Max-Planck-Institut für Physik
- V. M. Ghete
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
- D. Hauff
- Max-Planck-Institut für Physik
- F. Jeanneau
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- E. Jericha
- Atominstitut, Technische Universität Wien
- M. Kaznacheeva
- Physik-Department, Technische Universität München
- A. Kinast
- Physik-Department, Technische Universität München
- H. Kluck
- Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften
- A. Langenkämper
- Max-Planck-Institut für Physik
- T. Lasserre
- Physik-Department, Technische Universität München
- M. Mancuso
- Max-Planck-Institut für Physik
- R. Martin
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- B. Mauri
- Max-Planck-Institut für Physik
- A. Mazzolari
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Ferrara
- E. Mazzucato
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- H. Neyrial
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- L. Oberauer
- Physik-Department, Technische Universität München
- T. Ortmann
- Physik-Department, Technische Universität München
- L. Pattavina
- Physik-Department, Technische Universität München
- L. Peters
- Physik-Department, Technische Universität München
- F. Petricca
- Max-Planck-Institut für Physik
- W. Potzel
- Physik-Department, Technische Universität München
- F. Pröbst
- Max-Planck-Institut für Physik
- F. Pucci
- Max-Planck-Institut für Physik
- F. Reindl
- Atominstitut, Technische Universität Wien
- M. Romagnoni
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Ferrara
- J. Rothe
- Physik-Department, Technische Universität München
- N. Schermer
- Physik-Department, Technische Universität München
- J. Schieck
- Atominstitut, Technische Universität Wien
- S. Schönert
- Physik-Department, Technische Universität München
- C. Schwertner
- Atominstitut, Technische Universität Wien
- L. Scola
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- G. Soum-Sidikov
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- L. Stodolsky
- Max-Planck-Institut für Physik
- M. Tamisari
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Ferrara
- C. Tomei
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma
- M. Vignati
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma
- DOI
- https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-023-12375-0
- Journal volume & issue
-
Vol. 84,
no. 1
pp. 1 – 13
Abstract
Abstract Rare-event search experiments located on-surface, such as short-baseline reactor neutrino experiments, are often limited by muon-induced background events. Highly efficient muon vetos are essential to reduce the detector background and to reach the sensitivity goals. We demonstrate the feasibility of deploying organic plastic scintillators at sub-Kelvin temperatures. For the NUCLEUS experiment, we developed a cryogenic muon veto equipped with wavelength shifting fibers and a silicon photo multiplier operating inside a dilution refrigerator. The achievable compactness of cryostat-internal integration is a key factor in keeping the muon rate to a minimum while maximizing coverage. The thermal and light output properties of a plastic scintillation detector were examined. We report first data on the thermal conductivity and heat capacity of the polystyrene-based scintillator UPS-923A over a wide range of temperatures extending below one Kelvin. The light output was measured down to 0.8 K and observed to increase by a factor of 1.61 ± 0.05 compared to 300 K. The development of an organic plastic scintillation muon veto operating in sub-Kelvin temperature environments opens new perspectives for rare-event searches with cryogenic detectors at sites lacking substantial overburden.