The most sensitive process able to probe the Majorana nature of neutrinos and discover Lepton Number Violation is the neutrino-less double beta decay. Thanks to the excellent energy resolution, efficiency and intrinsic radio-purity, cryogenic calorimeters are primed for the search for this process. A novel approach able to improve the sensitivity of the current experiments is the rejection of $α$ interactions, that represents the dominant background source. In TeO$_2$ calorimeters, $α$ particles can be tagged as, in contrast to electrons, they do not emit Cherenkov light. Nevertheless, the very low amount of detected Cherenkov light undermines the complete rejection of $α$ background. In this paper we compare the results obtained in previous measurements of the TeO$_2$ light yield with a detailed Monte Carlo simulation able to reproduce the number of Cherenkov photons produced in $β/γ$ interactions within the calorimeter and their propagation in the experimental set-up. We demonstrate that the light yield detectable from a $5\times5\times5$~cm$^{3}$ TeO$_2$ bolometer can be increased by up to 60% by increasing the surface roughness of the crystal and improving the light detector design. Moreover, we study the possibility to disentangle $α$, $β$ and $γ$ interactions, which represent the ultimate background source. Unfortunately $γ$ rejection is not feasible but $α$ rejection can be achieved exploiting high sensitivity light detectors.
Gram-scale cryogenic calorimeters for rare-event searches
低温量热计的能量阈值可以通过减小其尺寸来降低。这一点很重要,因为由此产生的信号速率的增加使稀有事件搜索的新方法成为可能,包括MeV质量的暗物质的探测和反应堆或太阳中微子的相干散射。给出了能量阈值与探测器尺寸的标度律。我们分析了克级低温量热计的阈值降低到几个电子伏特制度的可能性。原型0.5 g Al $_2$ O $_3$器件实现了(${19.7\pm0.1}$)eV的能量阈值,这是宏观量热计报告的最低值。
Characterization of the Li$_2$WO$_4$ crystal as a cryogenic scintillating calorimeter
INFN -- Laboratori Nazionali del Gran Sasso(意大利国家核物理研究所大萨索国家实验室);Gran Sasso Science Institute(大萨索科学研究所);INFN -- Sezione di Milano - Bicocca(意大利国家核物理研究所米兰-比可卡分部);Università degli Studi di Milano -- Bicocca(米兰-比可卡大学);Nikolaev Institute of Inorganic Chemistry, SB RAS(俄罗斯科学院西伯利亚分院尼古拉耶夫无机化学研究所);Université Paris-Saclay(巴黎萨克雷大学);Nazarbayev University(纳扎尔巴耶夫大学)
Precise measurement of the thermal quenching factor of alpha particles in Li2MoO4 cryogenic calorimeters
Università degli Studi di Milano-Bicocca(米兰比可卡大学);INFN – Sezione di Milano Bicocca(意大利国家核物理研究所米兰比可卡分部);Institute of Modern Physics, Fudan University(复旦大学现代物理研究所)
Cryogenic light detectors with enhanced performance for rare events physics
我们已经开发并测试了一种将测辐射热光探测器耦合到晶体测辐射热计的新方法,该方法基于将光探测器简单地放置在晶体表面上,仅通过重力保持在适当位置。这种简单的安装导致三个重要的改进:(1)它减少了组装检测器所需的非活性材料的量,(2)它通过最小化由安装结构引起的光损失而大大增加了光收集效率,以及(3)由于与热浴的极弱的热链接,它增强了光检测器中引起的热信号。我们测试了这种新技术与16厘米$^2$锗光探测器与热敏电阻读数坐在一个大的TeO $_2$测辐射热计的表面。与以前测试的替代安装相比,光收集效率提高了50%以上。我们在光探测器上获得了20 eV RMS的基线能量分辨率,连同增加的光收集,使我们能够获得用大量TeO $_2$晶体获得的最佳$α$与$β/γ$区分。同时,我们实现了上升和衰减时间分别为0.8和1.6毫秒。这种卓越的性能满足CUPID(CUORE升级粒子识别)实验的所有要求,这是一个1吨重的CUORE后续测辐射热计。
CUORE Data Release for ML Applications: Pulse Shape Analysis Dataset
University of South Carolina(南卡罗来纳大学);Virginia Polytechnic Institute and State University(弗吉尼亚理工大学);INFN – Laboratori Nazionali di Legnaro(意大利国家核物理研究所-莱尼亚罗国家实验室);INFN – Sezione di Bologna(意大利国家核物理研究所-博洛尼部分部);Sapienza Università di Roma(罗马大学);INFN – Sezione di Roma(意大利国家核物理研究所-罗马部分部);Gran Sasso Science Institute(格兰萨索科学研究所);INFN – Laboratori Nazionali del Gran Sasso(意大利国家核物理研究所-格兰萨索国家实验室);University of California, Berkeley(加州大学伯克利分校);INFN – Sezione di Milano Bicocca(意大利国家核物理研究所-米兰比可卡部分部);Università degli Studi di Milano-Bicocca(米兰比可卡大学)
The relative interfacial thermal contraction as a possible origin of the low-energy excess in cryogenic calorimeters
Max Planck Institute for Physics(马克斯·普朗克物理研究所);Marietta Blau Institute for Particle Physics of the Austrian Academy of Sciences(奥地利科学院玛丽埃塔·布劳粒子物理研究所);Humboldt-Universität zu Berlin(柏林洪堡大学)
Optimization studies of silicon remoTES cryogenic calorimeters
Max-Planck-Institut für Physik(马克斯·普朗克物理研究所);Marietta-Blau-Institut für Teilchenphysik(玛丽塔·布劳粒子物理研究所);Atominstitut, Technische Universität Wien(维也纳工业大学原子研究所);INFN - Sezione di Roma(意大利国家核物理研究所罗马分部);Gran Sasso Science Institute(格兰萨索科学研究所);INFN - Laboratori Nazionali del Gran Sasso(意大利国家核物理研究所格兰萨索国家实验室)
The COSINUS project - perspectives of a NaI scintillating calorimeter for dark matter search
COSINUS(Cryogenic Observatory for Signatures seen in Next-generation Underground Mongolia)是一个以NaI为目标晶体的低温蒸发量热计,用于直接寻找暗物质。与探测器材料相互作用的暗物质粒子产生声子信号和闪烁光。虽然声子信号提供了一个精确的确定沉积的能量,同时测量的闪烁光允许一个粒子识别的事件的基础上,一个强大的工具来研究材料相关的相互作用,并抑制背景。使用与DAMA/LIBRA合作相同的目标材料,COSINUS技术可能提供一种独特的可能性,以调查和贡献信息,目前有争议的情况下,在暗物质部门。我们报告的专用设计计划的碘化钠原理验证探测器和使用这种检测技术的直接暗物质检测的光的目标。
Sensitivity enhancement techniques for cryogenic calorimeters in the NUCLEUS experiment
Technische Universität Wien(维也纳工业大学);Max-Planck-Institut für Physik(马克斯·普朗克物理研究所);Marietta-Blau-Institut für Teilchenphysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften(奥地利科学院玛丽埃塔·布劳粒子物理研究所);Istituto Nazionale di Fisica Nucleare – Sezione di Roma "Tor Vergata"(罗马大学托维尔加塔国家核物理研究所分部);IRFU, CEA, Université Paris-Saclay(巴黎萨克雷大学CEA IRFU);Istituto Nazionale di Fisica Nucleare – Sezione di Roma(罗马国家核物理研究所分部);Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma(罗马智慧大学物理系);Physik-Department, TUM School of Natural Sciences, Technische Universität München(慕尼黑工业大学自然科学学院物理系);Dipartimento di Fisica, Università di Roma "Tor Vergata"(罗马托维尔加塔大学物理系);Dipartimento di Fisica, Università di Ferrara(费拉拉大学物理系);Istituto Nazionale di Fisica Nucleare – Sezione di Ferrara(费拉拉国家核物理研究所分部);LIBPhys-UC, Departamento de Fisica, Universidade de Coimbra(科英布拉大学LIBPhys-UC物理系);Max-Planck-Institut für Kernphysik(马克斯·普朗克核物理研究所);Istituto Nazionale di Fisica Nucleare – Laboratori Nazionali del Gran Sasso(大萨索国家核物理实验室);kiutra GmbH(kiutra有限公司)
A microwave SQUID multiplexing concept for macro-cryogenic calorimeter arrays
Università di Milano-Bicocca(米兰比可卡大学);INFN, Sezione di Milano-Bicocca(意大利国家核物理研究所米兰比可卡分部);National Institute of Standards and Technology(美国国家标准与技术研究院);University of Colorado(科罗拉多大学)
Low-Energy Calibration of SuperCDMS HVeV Cryogenic Silicon Calorimeters Using Compton Steps
University of British Columbia(不列颠哥伦比亚大学);University of Toronto(多伦多大学);Durham University(杜伦大学);SLAC National Accelerator Laboratory(斯坦福直线加速器中心);Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology(卡弗里粒子天体物理与宇宙学研究所);Northeastern University(东北大学);Mitchell Institute for Fundamental Physics and Astronomy(米歇尔基础物理与天文学研究所);University of Florida(佛罗里达大学);Pacific Northwest National Laboratory(太平洋西北国家实验室);Stanford University(斯坦福大学);Southern Methodist University(南方卫理公会大学);University of California, Berkeley(加州大学伯克利分校);National Institute of Science Education and Research(国家科学教育与研究学院);Homi Bhabha National Institute(霍米·巴巴国家研究所);Northwestern University(西北大学);South Dakota School of Mines and Technology(南达科他矿业理工学院);SNOLAB(萨诺实验室);University of Minnesota(明尼苏达大学);Queen's University(女王大学);University of South Dakota(南达科他大学);University of Colorado Denver(科罗拉多大学丹佛分校);Zayed University(扎耶德大学);California Institute of Technology(加州理工学院);Laurentian University(劳伦森大学);Fermi National Accelerator Laboratory(费米国家加速器实验室);Karlsruhe Institute of Technology(卡尔斯鲁厄理工学院);Institute for Astroparticle Physics(天体粒子物理研究所);Lawrence Berkeley National Laboratory(劳伦斯伯克利国家实验室)
NTL-amplified cryogenic light detectors with optically transparent electrodes
INFN, Sezione di Milano Bicocca(意大利国家核物理研究所米兰比可卡分部);Dipartimento di Fisica ”G.Occhialini”, Università degli Studi di Milano - Bicocca(米兰比可卡大学G.奥恰利尼物理系);INFN, Sezione di Pavia(意大利国家核物理研究所帕维亚分部)
Probing dark matter interactions with a RES-NOVA prototype cryogenic detector
INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso(意大利国家核物理研究所格兰萨索国家实验室);Laboratorio Energia Nucleare Applicata(应用核能实验室);INFN Sezione di Pavia(意大利国家核物理研究所帕维亚分部);INFN Sezione di Roma-1(意大利国家核物理研究所罗马一分部);GSSI(格兰萨索科学研究所);INR(俄罗斯科学院核物理研究所);UNIMIB(米兰 bicocca大学);INFN-MIB(意大利国家核物理研究所米兰分校);SICCAS(中国科学院上海硅酸盐研究所);LNGS(格兰萨索国家实验室);Roma1(罗马第一大学);UNIVAQ(拉奎拉大学);MIT(麻省理工学院);LENA(低温中微子实验装置);DISAT(地球与环境科学系);PV-FIS(帕维亚物理学系);IBS(基础科学研究所)
Simulation-based design study for the passive shielding of the COSINUS dark matter experiment
COSINUS(下一代地下探测器中的信号低温观测站)实验旨在探测碘化钠(NaI)晶体中暗物质诱导的反冲,该晶体作为蒸发低温量热计运行。闪烁光和声子的检测允许执行逐事件信号到背景的辨别,从而增强实验的灵敏度。该实验设施的建设预计将于2021年在意大利的INFN Gran Sasso国家实验室(LNGS)开始。它由一个低温恒温器组成,通过水箱将目标晶体与外部放射性屏蔽,同时作为对宇宙射线引发事件的主动否决。考虑到环境放射性和用于低温恒温器、屏蔽和基础设施的材料的固有污染,我们进行了仔细的背景预算估计。目标是评估可能模拟或干扰信号检测的事件数量,同时优化实验装置的几何形状。在本文中,我们提出了详细的蒙特卡罗模拟,我们进行的结果,连同最终的设计的设置,最大限度地减少了剩余量的背景颗粒达到检测器体积。