European Physical Journal C: Particles and Fields (Sep 2022)
Optimization of the first CUPID detector module
- CUPID Collaboration,
- K. Alfonso,
- A. Armatol,
- C. Augier,
- F. T. Avignone,
- O. Azzolini,
- M. Balata,
- A. S. Barabash,
- G. Bari,
- A. Barresi,
- D. Baudin,
- F. Bellini,
- G. Benato,
- M. Beretta,
- M. Bettelli,
- M. Biassoni,
- J. Billard,
- V. Boldrini,
- A. Branca,
- C. Brofferio,
- C. Bucci,
- J. Camilleri,
- A. Campani,
- C. Capelli,
- S. Capelli,
- L. Cappelli,
- L. Cardani,
- P. Carniti,
- N. Casali,
- E. Celi,
- C. Chang,
- D. Chiesa,
- M. Clemenza,
- I. Colantoni,
- S. Copello,
- E. Craft,
- O. Cremonesi,
- R. J. Creswick,
- A. Cruciani,
- A. D’Addabbo,
- G. D’Imperio,
- S. Dabagov,
- I. Dafinei,
- F. A. Danevich,
- M. De Jesus,
- P. de Marcillac,
- S. Dell’Oro,
- S. Di Domizio,
- S. Di Lorenzo,
- T. Dixon,
- V. Dompè,
- A. Drobizhev,
- L. Dumoulin,
- G. Fantini,
- M. Faverzani,
- E. Ferri,
- F. Ferri,
- F. Ferroni,
- E. Figueroa-Feliciano,
- L. Foggetta,
- J. Formaggio,
- A. Franceschi,
- C. Fu,
- S. Fu,
- B. K. Fujikawa,
- A. Gallas,
- J. Gascon,
- S. Ghislandi,
- A. Giachero,
- A. Gianvecchio,
- L. Gironi,
- A. Giuliani,
- P. Gorla,
- C. Gotti,
- C. Grant,
- P. Gras,
- P. V. Guillaumon,
- T. D. Gutierrez,
- K. Han,
- E. V. Hansen,
- K. M. Heeger,
- D. L. Helis,
- H. Z. Huang,
- L. Imbert,
- J. Johnston,
- A. Juillard,
- G. Karapetrov,
- G. Keppel,
- H. Khalife,
- V. V. Kobychev,
- Yu. G. Kolomensky,
- S. I. Konovalov,
- R. Kowalski,
- T. Langford,
- M. Lefevre,
- R. Liu,
- Y. Liu,
- P. Loaiza,
- L. Ma,
- M. Madhukuttan,
- F. Mancarella,
- L. Marini,
- S. Marnieros,
- M. Martinez,
- R. H. Maruyama,
- Ph. Mas,
- B. Mauri,
- D. Mayer,
- G. Mazzitelli,
- Y. Mei,
- S. Milana,
- S. Morganti,
- T. Napolitano,
- M. Nastasi,
- J. Nikkel,
- S. Nisi,
- C. Nones,
- E. B. Norman,
- V. Novosad,
- I. Nutini,
- T. O’Donnell,
- E. Olivieri,
- M. Olmi,
- J. L. Ouellet,
- S. Pagan,
- C. Pagliarone,
- L. Pagnanini,
- L. Pattavina,
- M. Pavan,
- H. Peng,
- G. Pessina,
- V. Pettinacci,
- C. Pira,
- S. Pirro,
- D. V. Poda,
- O. G. Polischuk,
- I. Ponce,
- S. Pozzi,
- E. Previtali,
- A. Puiu,
- S. Quitadamo,
- A. Ressa,
- R. Rizzoli,
- C. Rosenfeld,
- P. Rosier,
- J. Scarpaci,
- B. Schmidt,
- V. Sharma,
- V. N. Shlegel,
- V. Singh,
- M. Sisti,
- P. Slocum,
- D. Speller,
- P. T. Surukuchi,
- L. Taffarello,
- C. Tomei,
- J. A. Torres,
- V. I. Tretyak,
- A. Tsymbaliuk,
- M. Velazquez,
- K. J. Vetter,
- S. L. Wagaarachchi,
- G. Wang,
- L. Wang,
- R. Wang,
- B. Welliver,
- J. Wilson,
- K. Wilson,
- L. A. Winslow,
- M. Xue,
- L. Yan,
- J. Yang,
- V. Yefremenko,
- V. I. Umatov,
- M. M. Zarytskyy,
- J. Zhang,
- A. Zolotarova,
- S. Zucchelli
Affiliations
- CUPID Collaboration
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- K. Alfonso
- Virginia Polytechnic Institute and State University
- A. Armatol
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- C. Augier
- Univ Lyon, Université Lyon 1, CNRS/IN2P3, IP2I-Lyon
- F. T. Avignone
- University of South Carolina
- O. Azzolini
- INFN Laboratori Nazionali di Legnaro
- M. Balata
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- A. S. 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
- M. Bettelli
- CNR-Institute for Microelectronics and Microsystems
- M. Biassoni
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- J. Billard
- Univ Lyon, Université Lyon 1, CNRS/IN2P3, IP2I-Lyon
- 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
- A. Campani
- INFN Sezione di Genova
- C. Capelli
- Lawrence Berkeley National Laboratory
- 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
- E. Celi
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- C. Chang
- Argonne National Laboratory
- D. Chiesa
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- M. Clemenza
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- I. Colantoni
- INFN Sezione di Roma
- S. Copello
- INFN Sezione di Genova
- E. Craft
- Yale University
- 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
- S. Dabagov
- INFN Laboratori Nazionali di Frascati
- I. Dafinei
- INFN Sezione di Roma
- F. A. Danevich
- Institute for Nuclear Research of NASU
- M. De Jesus
- Univ Lyon, Université Lyon 1, CNRS/IN2P3, IP2I-Lyon
- P. de Marcillac
- Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab
- S. Dell’Oro
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- S. Di Domizio
- INFN Sezione di Genova
- S. Di Lorenzo
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- T. Dixon
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- V. Dompè
- INFN Sezione di Roma
- 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
- Gran Sasso Science Institute
- E. Figueroa-Feliciano
- Northwestern University
- L. Foggetta
- INFN Laboratori Nazionali di Frascati
- J. Formaggio
- Massachusetts Institute of Technology
- A. Franceschi
- INFN Laboratori Nazionali di Frascati
- C. Fu
- Fudan University
- S. Fu
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- B. K. Fujikawa
- Lawrence Berkeley National Laboratory
- A. Gallas
- Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab
- J. Gascon
- Univ Lyon, Université Lyon 1, CNRS/IN2P3, IP2I-Lyon
- S. Ghislandi
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- A. Giachero
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- A. Gianvecchio
- 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
- C. Grant
- Boston University
- P. Gras
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- P. V. Guillaumon
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- 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
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- H. Z. Huang
- University of California
- L. Imbert
- Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab
- J. Johnston
- Massachusetts Institute of Technology
- A. Juillard
- Univ Lyon, Université Lyon 1, CNRS/IN2P3, IP2I-Lyon
- G. Karapetrov
- Drexel University
- G. Keppel
- INFN Laboratori Nazionali di Legnaro
- H. Khalife
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- V. V. Kobychev
- Institute for Nuclear Research of NASU
- Yu. G. Kolomensky
- University of California
- S. I. Konovalov
- National Research Centre Kurchatov Institute, Institute for Theoretical and Experimental Physics
- R. Kowalski
- Johns Hopkins University
- T. Langford
- Yale University
- M. Lefevre
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- R. Liu
- Yale University
- 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
- 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
- Ph. Mas
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- B. Mauri
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- D. Mayer
- Massachusetts Institute of Technology
- G. Mazzitelli
- INFN Laboratori Nazionali di Frascati
- Y. Mei
- Lawrence Berkeley National Laboratory
- S. Milana
- INFN Sezione di Roma
- S. Morganti
- INFN Sezione di Roma
- T. Napolitano
- INFN Laboratori Nazionali di Frascati
- M. Nastasi
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- J. Nikkel
- Yale University
- 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
- M. Olmi
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- 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
- L. Pattavina
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- 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
- O. G. Polischuk
- Institute for Nuclear Research of NASU
- I. Ponce
- Yale University
- S. Pozzi
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- E. Previtali
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- A. Puiu
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- S. Quitadamo
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- A. Ressa
- INFN Sezione di Roma
- R. Rizzoli
- INFN Sezione di Bologna
- C. Rosenfeld
- University of South Carolina
- P. Rosier
- Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab
- J. Scarpaci
- Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab
- B. Schmidt
- Lawrence Berkeley National Laboratory
- V. Sharma
- Virginia Polytechnic Institute and State University
- V. N. Shlegel
- Nikolaev Institute of Inorganic Chemistry
- V. Singh
- University of California
- M. Sisti
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- P. Slocum
- Yale University
- D. Speller
- Johns Hopkins University
- P. T. Surukuchi
- Yale University
- L. Taffarello
- INFN Sezione di Padova
- C. Tomei
- INFN Sezione di Roma
- J. A. Torres
- Yale University
- V. I. Tretyak
- Institute for Nuclear Research of NASU
- A. Tsymbaliuk
- INFN Laboratori Nazionali di Legnaro
- M. Velazquez
- Univ. Grenoble Alpes, CNRS, 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
- R. Wang
- Johns Hopkins University
- B. Welliver
- University of California
- 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. I. Umatov
- 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
- IRFU, CEA, Université Paris-Saclay
- S. Zucchelli
- INFN Sezione di Bologna
- DOI
- https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-022-10720-3
- Journal volume & issue
-
Vol. 82,
no. 9
pp. 1 – 9
Abstract
Abstract CUPID will be a next generation experiment searching for the neutrinoless double $$\beta $$ β decay, whose discovery would establish the Majorana nature of the neutrino. Based on the experience achieved with the CUORE experiment, presently taking data at LNGS, CUPID aims to reach a background free environment by means of scintillating Li $$_{2}$$ 2 $$^{100}$$ 100 MoO $$_4$$ 4 crystals coupled to light detectors. Indeed, the simultaneous heat and light detection allows us to reject the dominant background of $$\alpha $$ α particles, as proven by the CUPID-0 and CUPID-Mo demonstrators. In this work we present the results of the first test of the CUPID baseline module. In particular, we propose a new optimized detector structure and light sensors design to enhance the engineering and the light collection, respectively. We characterized the heat detectors, achieving an energy resolution of (5.9 ± 0.2) keV FWHM at the Q-value of $$^{100}$$ 100 Mo (about 3034 keV). We studied the light collection of the baseline CUPID design with respect to an alternative configuration which features gravity-assisted light detectors’ mounting. In both cases we obtained an improvement in the light collection with respect to past measures and we validated the particle identification capability of the detector, which ensures an $$\alpha $$ α particle rejection higher than 99.9%, fully satisfying the requirements for CUPID.