European Physical Journal C: Particles and Fields (Aug 2022)
Radiopurity of a kg-scale PbWO $$_4$$ 4 cryogenic detector produced from archaeological Pb for the RES-NOVA experiment
- The RES-NOVA Group of Interest,
- J. W. Beeman,
- G. Benato,
- C. Bucci,
- L. Canonica,
- P. Carniti,
- E. Celi,
- M. Clemenza,
- A. D’Addabbo,
- F. A. Danevich,
- S. Di Domizio,
- S. DiLorenzo,
- O. M. Dubovik,
- N. Ferreiro Iachellini,
- F. Ferroni,
- E. Fiorini,
- S. Fu,
- A. Garai,
- S. Ghislandi,
- L. Gironi,
- P. Gorla,
- C. Gotti,
- P. V. Guillaumon,
- D. L. Helis,
- G. P. Kovtun,
- M. Mancuso,
- L. Marini,
- M. Olmi,
- L. Pagnanini,
- L. Pattavina,
- G. Pessina,
- F. Petricca,
- S. Pirro,
- S. Pozzi,
- A. Puiu,
- S. Quitadamo,
- J. Rothe,
- A. P. Scherban,
- S. Schönert,
- D. A. Solopikhin,
- R. Strauss,
- E. Tarabini,
- V. I. Tretyak,
- I. A. Tupitsyna,
- V. Wagner
Affiliations
- The RES-NOVA Group of Interest
- J. W. Beeman
- Lawrence Berkeley National Laboratory
- G. Benato
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- C. Bucci
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- L. Canonica
- Max-Planck-Institut für Physik
- P. Carniti
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca
- E. Celi
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- M. Clemenza
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- A. D’Addabbo
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- F. A. Danevich
- Institute for Nuclear Research of NASU
- S. Di Domizio
- INFN Sezione di Genova and Università di Genova
- S. DiLorenzo
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- O. M. Dubovik
- Institute of Scintillation Materials of NASU
- N. Ferreiro Iachellini
- Max-Planck-Institut für Physik
- F. Ferroni
- Gran Sasso Science Institute
- E. Fiorini
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca
- S. Fu
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- A. Garai
- Max-Planck-Institut für Physik
- S. Ghislandi
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- L. Gironi
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca
- P. Gorla
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- C. Gotti
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca
- P. V. Guillaumon
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- D. L. Helis
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- G. P. Kovtun
- National Science Center ‘Kharkiv Institute of Physics and Technology’
- M. Mancuso
- Max-Planck-Institut für Physik
- L. Marini
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- M. Olmi
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- L. Pagnanini
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- L. Pattavina
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- G. Pessina
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- F. Petricca
- Max-Planck-Institut für Physik
- S. Pirro
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- S. Pozzi
- Dipartimento di Fisica, Università di Milano-Bicocca
- A. Puiu
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- S. Quitadamo
- INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso
- J. Rothe
- Physik-Department and Excellence Cluster Origins, Technische Universität München
- A. P. Scherban
- National Science Center ‘Kharkiv Institute of Physics and Technology’
- S. Schönert
- Physik-Department and Excellence Cluster Origins, Technische Universität München
- D. A. Solopikhin
- National Science Center ‘Kharkiv Institute of Physics and Technology’
- R. Strauss
- Physik-Department and Excellence Cluster Origins, Technische Universität München
- E. Tarabini
- INFN Sezione di Milano-Bicocca
- V. I. Tretyak
- Institute for Nuclear Research of NASU
- I. A. Tupitsyna
- Institute of Scintillation Materials of NASU
- V. Wagner
- Physik-Department and Excellence Cluster Origins, Technische Universität München
- DOI
- https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-022-10656-8
- Journal volume & issue
-
Vol. 82,
no. 8
pp. 1 – 9
Abstract
Abstract RES-NOVA is a newly proposed experiment for detecting neutrinos from astrophysical sources, mainly Supernovae, using an array of cryogenic detectors made of PbWO $$_4$$ 4 crystals produced from archaeological Pb. This unconventional material, characterized by intrinsic high radiopurity, enables low-background levels in the region of interest for the neutrino detection via Coherent Elastic neutrino-Nucleus Scattering (CE $$\nu $$ ν NS). This signal lies at the detector energy threshold, O(1 keV), and it is expected to be hidden by naturally occurring radioactive contaminants of the crystal absorber. Here, we present the results of a radiopurity assay on a 0.84 kg PbWO $$_4$$ 4 crystal produced from archaeological Pb operated as a cryogenic detector. The crystal internal radioactive contaminations are: $$^{232}$$ 232 Th <40 $$\upmu $$ μ Bq/kg, $$^{238}$$ 238 U <30 $$\upmu $$ μ Bq/kg, $$^{226}$$ 226 Ra 1.3 mBq/kg and $$^{210}$$ 210 Pb 22.5 mBq/kg. We also present a background projection for the final experiment and possible mitigation strategies for further background suppression. The achieved results demonstrate the feasibility of realizing this new class of detectors.