A CUPID Li$_2$ $^{100} $MoO$_4$ scintillating bolometer tested in the CROSS underground facility - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Journal of Instrumentation Année : 2020

A CUPID Li$_2$ $^{100} $MoO$_4$ scintillating bolometer tested in the CROSS underground facility

A. Armatol (1) , E. Armengaud , W. Armstrong , C. Augier (2) , F. T. Avignone Iii , O. Azzolini , I. C. Bandac , A. S. Barabash , G. Bari , A. Barresi , D. Baudin , F. Bellini , G. Benato , M. Beretta , L. Bergé (3) , Ch. Bourgeois (3) , M. Biassoni , J. Billard (2) , V. Boldrini , A. Branca , C. Brofferio , C. Bucci , J. M. Calvo-Mozota , J. Camilleri , A. Candela , S. Capelli , L. Cappelli , L. Cardani , P. Carniti , N. Casali , A. Cazes (2) , E. Celi , C. Chang , M. Chapellier (3) , D. Chiesa , M. Clemenza , I. Colantoni , F. Collamati , S. Copello , F. Cova , O. Cremonesi , R. J. Creswick , A. Cruciani , A. d'Addabbo , G. d'Imperio , I. Dafinei , F. A. Danevich , M. de Combarieu (4) , M. de Deo , M. de Jesus (2) , P. de Marcillac (3) , S. Dell'Oro , S. Di Domizio , V. Dompe , A. Drobizhev , L. Dumoulin (3) , G. Fantini , M. Fasoli , M. Faverzani , E. Ferri , F. Ferri , F. Ferroni , E. Figueroa-Feliciano , J. Formaggio , A. Franceschi , C. Fu , S. Fu , B. K. Fujikawa , J. Gascon (2) , A. Giachero , L. Gironi , A. Giuliani (3) , P. Gorla , C. Gotti , P. Gras , M. Gros , E. Guerard (3) , T. D. Gutierrez , K. Han , E. V. Hansen , K. M. Heeger , D. L. Helis , H. Z. Huang , R. G. Huang , A. Ianni , L. Imbert (3) , J. Johnston , A. Juillard (2) , G. Karapetrov , G. Keppel , H. Khalife (3) , V. V. Kobychev , Yu. G. Kolomensky , S. I. Konovalov , Y. Liu , P. Loaiza (3) , L. Ma , M. Madhukuttan (3) , F. Mancarella , R. Mariam (3) , L. Marini , S. Marnieros (3) , M. Martinez , R. H. Maruyama , B. Mauri , D. Mayer , Y. Mei , S. Milana , D. Misiak (2) , 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 , G. Olivier (3) , E. Olivieri (3) , C. Oriol (3) , 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 (3) , T. Polakovic , O. G. Polischuk , S. Pozzi , E. Previtali , A. Puiu , A. Ressa , D. Reynet (3) , R. Rizzoli , C. Rosenfeld , V. Sanglard (2) , J.A Scarpaci (3) , B. Schmidt , V. Sharma , V. N. Shlegel , V. Singh , M. Sisti , D. Speller , P. T. Surukuchi , L. Taffarello , O. Tellier , C. Tomei , V. I. Tretyak , A. Tsymbaliuk , A. Vedda , M. Velazquez (5) , K. J. Vetter , S. L. Wagaarachchi , Gang Wang , L. Wang , B. Welliver , J. Wilson , K. Wilson , L. A. Winslow , M. Xue , L. Yan , J. Yang , V. Yefremenko , V. I. Yumatov , M. M. Zarytskyy , J. Zhang , A. S. Zolotarova (3) , S. Zucchelli , Aurélia Charrier (4)
E. Armengaud
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W. Armstrong
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F. T. Avignone Iii
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O. Azzolini
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I. C. Bandac
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A. S. Barabash
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A. Barresi
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D. Baudin
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C. Chang
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V. I. Yumatov
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M. M. Zarytskyy
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J. Zhang
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S. Zucchelli
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Résumé

A scintillating bolometer based on a large cubic Li$_{2}$$^{100}$MoO$_4$ crystal (45 mm side) and a Ge wafer (scintillation detector) has been operated in the CROSS cryogenic facility at the Canfranc underground laboratory in Spain. The dual-readout detector is a prototype of the technology that will be used in the next-generation $0\nu2\beta$ experiment CUPID. The measurements were performed at 18 and 12 mK temperature in a pulse tube dilution refrigerator. This setup utilizes the same technology as the CUORE cryostat that will host CUPID and so represents an accurate estimation of the expected performance. The Li$_{2}$$^{100}$MoO$_4$ bolometer shows a high energy resolution of 6 keV FWHM at the 2615 keV $\gamma$ line. The detection of scintillation light for each event triggered by the Li$_{2}$$^{100}$MoO$_4$ bolometer allowed for a full separation ($\sim$8$\sigma$) between $\gamma$($\beta$) and $\alpha$ events above 2 MeV. The Li$_{2}$$^{100}$MoO$_4$ crystal also shows a high internal radiopurity with $^{228}$Th and $^{226}$Ra activities of less than 3 and 8 $\mu$Bq/kg, respectively. Taking also into account the advantage of a more compact and massive detector array, which can be made of cubic-shaped crystals (compared to the cylindrical ones), this test demonstrates the great potential of cubic Li$_{2}$$^{100}$MoO$_4$ scintillating bolometers for high-sensitivity searches for the $^{100}$Mo $0\nu2\beta$ decay in CROSS and CUPID projects.
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hal-03091675 , version 1 (31-12-2020)

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Citer

A. Armatol, E. Armengaud, W. Armstrong, C. Augier, F. T. Avignone Iii, et al.. A CUPID Li$_2$ $^{100} $MoO$_4$ scintillating bolometer tested in the CROSS underground facility. Journal of Instrumentation, 2020, 16 (02), pp.P02037. ⟨10.1088/1748-0221/16/02/P02037⟩. ⟨hal-03091675⟩
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