Cover Image

Sensitivity of the CUPID experiment to $0νββ$ decay of $^{100}$Mo

Fuente: arXiv

Saved in:

Bibliographic Details
Main Authors:	Alfonso, K., Armatol, A., Augier, C., Avignone III, F. T., Azzolini, O., Barabash, A. S., Bari, G., Barresi, A., Baudin, D., Bellini, F., Benato, G., Benussi, L., Berest, V., Beretta, M., Bergé, L., Bettelli, M., Biassoni, M., Billard, J., Boffelli, F., Boldrini, V., Brandani, E. D., Brofferio, C., Bucci, C., Buchynska, M., Camilleri, J., Campani, A., Cao, J., Capelli, C., Capelli, S., Caracciolo, V., Cardani, L., Carniti, P., Casali, N., Celi, E., Chang, C., Chapellier, M., Chen, H., Chiesa, D., Cintas, D., Clemenza, M., Colantoni, I., Copello, S., Cremonesi, O., Creswick, R. J., D'Addabbo, A., Dafinei, I., Danevich, F. A., DeDominicis, F., De Jesus, M., de Marcillac, P., Dell'Oro, S., Di Domizio, S., Di Lorenzo, S., Dixon, T., Drobizhev, A., Dumoulin, L., Idrissi, M. El, Faverzani, M., Ferri, E., Ferri, F., Ferroni, F., Feliciano, E. Figueroa, Formaggio, J., Franceschi, A., Fu, S., Fujikawa, B. K., Gascon, J., Ghislandi, S., Giachero, A., Girola, M., Gironi, L., Giuliani, A., Gorla, P., Gotti, C., Grant, C., Gras, P., Guillaumon, P. V., Gutierrez, T. D., Han, K., Hansen, E. V., Heeger, K. M., Helis, D. L., Huang, H. Z., Hurst, M. T., Imbert, L., Juillard, A., Karapetrov, G., Keppel, G., Khalife, H., Kobychev, V. V., Kolomensky, Yu. G., Kowalski, R., Lattaud, H., Lefevre, M., Lisovenko, M., Liu, R., Liu, Y., Loaiza, P., Ma, L., Mancarella, F., Manenti, N., Mariani, A., Marini, L., Marnieros, S., Martinez, M., Maruyama, R. H., Mas, Ph., Mayer, D., Mazzitelli, G., Mazzola, E., Mei, Y., Moore, M. N., Morganti, S., Napolitano, T., Nastasi, M., Nikkel, J., Nones, C., Norman, E. B., Novosad, V., Nutini, I., O'Donnell, T., Olivieri, E., Olmi, M., Oregui, B. T., Pagan, S., Pageot, M., Pagnanini, L., Pasciuto, D., Pattavina, L., Pavan, M., Penek, Ö., Peng, H., Pessina, G., Pettinacci, V., Pira, C., Pirro, S., Pochon, O., Poda, D. V., Polakovic, T., Polischuk, O. G., Pottebaum, E. G., Pozzi, S., Previtali, E., Puiu, A., Puranam, S., Quitadamo, S., Rappoldi, A., Raselli, G. L., Ressa, A., Rizzoli, R., Rosenfeld, C., Rosier, P., Rossella, M., Scarpaci, J. A., Schmidt, B., Serino, R., Shaikina, A., Shang, K., Sharma, V., Shlegel, V. N., Singh, V., Sisti, M., Slocum, P., Speller, D., Surukuchi, P. T., Taffarello, L., Tomassini, S., Tomei, C., Torres, A., Torres, J. A., Tozzi, D., Tretyak, V. I., Trotta, D., Velazquez, M., Vetter, K. J., Wagaarachchi, S. L., Wang, G., Wang, L., Wang, R., Welliver, B., Wilson, J., Wilson, K., Winslow, L. A., Xie, F., Xue, M., Yang, J., Yefremenko, V., Umatov, V. I., Zarytskyy, M. M., Zhu, T., Zolotarova, A., Zucchelli, S.
Format:	Preprint
Published:	2025
Subjects:	Nuclear Experiment
Online Access:	Acceder al recurso
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!

_version_	1866917239887757312
author	Alfonso, K. Armatol, A. Augier, C. Avignone III, F. T. Azzolini, O. Barabash, A. S. Bari, G. Barresi, A. Baudin, D. Bellini, F. Benato, G. Benussi, L. Berest, V. Beretta, M. Bergé, L. Bettelli, M. Biassoni, M. Billard, J. Boffelli, F. Boldrini, V. Brandani, E. D. Brofferio, C. Bucci, C. Buchynska, M. Camilleri, J. Campani, A. Cao, J. Capelli, C. Capelli, S. Caracciolo, V. Cardani, L. Carniti, P. Casali, N. Celi, E. Chang, C. Chapellier, M. Chen, H. Chiesa, D. Cintas, D. Clemenza, M. Colantoni, I. Copello, S. Cremonesi, O. Creswick, R. J. D'Addabbo, A. Dafinei, I. Danevich, F. A. DeDominicis, F. De Jesus, M. de Marcillac, P. Dell'Oro, S. Di Domizio, S. Di Lorenzo, S. Dixon, T. Drobizhev, A. Dumoulin, L. Idrissi, M. El Faverzani, M. Ferri, E. Ferri, F. Ferroni, F. Feliciano, E. Figueroa Formaggio, J. Franceschi, A. Fu, S. Fujikawa, B. K. Gascon, J. Ghislandi, S. Giachero, A. Girola, M. Gironi, L. Giuliani, A. Gorla, P. Gotti, C. Grant, C. Gras, P. Guillaumon, P. V. Gutierrez, T. D. Han, K. Hansen, E. V. Heeger, K. M. Helis, D. L. Huang, H. Z. Hurst, M. T. Imbert, L. Juillard, A. Karapetrov, G. Keppel, G. Khalife, H. Kobychev, V. V. Kolomensky, Yu. G. Kowalski, R. Lattaud, H. Lefevre, M. Lisovenko, M. Liu, R. Liu, Y. Loaiza, P. Ma, L. Mancarella, F. Manenti, N. Mariani, A. Marini, L. Marnieros, S. Martinez, M. Maruyama, R. H. Mas, Ph. Mayer, D. Mazzitelli, G. Mazzola, E. Mei, Y. Moore, M. N. Morganti, S. Napolitano, T. Nastasi, M. Nikkel, J. Nones, C. Norman, E. B. Novosad, V. Nutini, I. O'Donnell, T. Olivieri, E. Olmi, M. Oregui, B. T. Pagan, S. Pageot, M. Pagnanini, L. Pasciuto, D. Pattavina, L. Pavan, M. Penek, Ö. Peng, H. Pessina, G. Pettinacci, V. Pira, C. Pirro, S. Pochon, O. Poda, D. V. Polakovic, T. Polischuk, O. G. Pottebaum, E. G. Pozzi, S. Previtali, E. Puiu, A. Puranam, S. Quitadamo, S. Rappoldi, A. Raselli, G. L. Ressa, A. Rizzoli, R. Rosenfeld, C. Rosier, P. Rossella, M. Scarpaci, J. A. Schmidt, B. Serino, R. Shaikina, A. Shang, K. Sharma, V. Shlegel, V. N. Singh, V. Sisti, M. Slocum, P. Speller, D. Surukuchi, P. T. Taffarello, L. Tomassini, S. Tomei, C. Torres, A. Torres, J. A. Tozzi, D. Tretyak, V. I. Trotta, D. Velazquez, M. Vetter, K. J. Wagaarachchi, S. L. Wang, G. Wang, L. Wang, R. Welliver, B. Wilson, J. Wilson, K. Winslow, L. A. Xie, F. Xue, M. Yang, J. Yefremenko, V. Umatov, V. I. Zarytskyy, M. M. Zhu, T. Zolotarova, A. Zucchelli, S.
author_facet	Alfonso, K. Armatol, A. Augier, C. Avignone III, F. T. Azzolini, O. Barabash, A. S. Bari, G. Barresi, A. Baudin, D. Bellini, F. Benato, G. Benussi, L. Berest, V. Beretta, M. Bergé, L. Bettelli, M. Biassoni, M. Billard, J. Boffelli, F. Boldrini, V. Brandani, E. D. Brofferio, C. Bucci, C. Buchynska, M. Camilleri, J. Campani, A. Cao, J. Capelli, C. Capelli, S. Caracciolo, V. Cardani, L. Carniti, P. Casali, N. Celi, E. Chang, C. Chapellier, M. Chen, H. Chiesa, D. Cintas, D. Clemenza, M. Colantoni, I. Copello, S. Cremonesi, O. Creswick, R. J. D'Addabbo, A. Dafinei, I. Danevich, F. A. DeDominicis, F. De Jesus, M. de Marcillac, P. Dell'Oro, S. Di Domizio, S. Di Lorenzo, S. Dixon, T. Drobizhev, A. Dumoulin, L. Idrissi, M. El Faverzani, M. Ferri, E. Ferri, F. Ferroni, F. Feliciano, E. Figueroa Formaggio, J. Franceschi, A. Fu, S. Fujikawa, B. K. Gascon, J. Ghislandi, S. Giachero, A. Girola, M. Gironi, L. Giuliani, A. Gorla, P. Gotti, C. Grant, C. Gras, P. Guillaumon, P. V. Gutierrez, T. D. Han, K. Hansen, E. V. Heeger, K. M. Helis, D. L. Huang, H. Z. Hurst, M. T. Imbert, L. Juillard, A. Karapetrov, G. Keppel, G. Khalife, H. Kobychev, V. V. Kolomensky, Yu. G. Kowalski, R. Lattaud, H. Lefevre, M. Lisovenko, M. Liu, R. Liu, Y. Loaiza, P. Ma, L. Mancarella, F. Manenti, N. Mariani, A. Marini, L. Marnieros, S. Martinez, M. Maruyama, R. H. Mas, Ph. Mayer, D. Mazzitelli, G. Mazzola, E. Mei, Y. Moore, M. N. Morganti, S. Napolitano, T. Nastasi, M. Nikkel, J. Nones, C. Norman, E. B. Novosad, V. Nutini, I. O'Donnell, T. Olivieri, E. Olmi, M. Oregui, B. T. Pagan, S. Pageot, M. Pagnanini, L. Pasciuto, D. Pattavina, L. Pavan, M. Penek, Ö. Peng, H. Pessina, G. Pettinacci, V. Pira, C. Pirro, S. Pochon, O. Poda, D. V. Polakovic, T. Polischuk, O. G. Pottebaum, E. G. Pozzi, S. Previtali, E. Puiu, A. Puranam, S. Quitadamo, S. Rappoldi, A. Raselli, G. L. Ressa, A. Rizzoli, R. Rosenfeld, C. Rosier, P. Rossella, M. Scarpaci, J. A. Schmidt, B. Serino, R. Shaikina, A. Shang, K. Sharma, V. Shlegel, V. N. Singh, V. Sisti, M. Slocum, P. Speller, D. Surukuchi, P. T. Taffarello, L. Tomassini, S. Tomei, C. Torres, A. Torres, J. A. Tozzi, D. Tretyak, V. I. Trotta, D. Velazquez, M. Vetter, K. J. Wagaarachchi, S. L. Wang, G. Wang, L. Wang, R. Welliver, B. Wilson, J. Wilson, K. Winslow, L. A. Xie, F. Xue, M. Yang, J. Yefremenko, V. Umatov, V. I. Zarytskyy, M. M. Zhu, T. Zolotarova, A. Zucchelli, S.
contents	CUPID is a next-generation bolometric experiment to search for neutrinoless double-beta decay ($0νββ$) of $^{100}$Mo using Li$_2$MoO$_4$ scintillating crystals. It will operate 1596 crystals at $\sim$10 mK in the CUORE cryostat at the Laboratori Nazionali del Gran Sasso in Italy. Each crystal will be facing two Ge-based bolometric light detectors for $α$ rejection. We compute the discovery and the exclusion sensitivity of CUPID to $0νββ$ in a Frequentist and a Bayesian framework. This computation is done numerically based on pseudo-experiments. For the CUPID baseline scenario, with a background and an energy resolution of $1.0 \times 10^{-4}$ counts/keV/kg/yr and 5 keV FWHM at the Q-value, respectively, this results in a Bayesian exclusion sensitivity (90% c.i.) of $\hat{T}_{1/2} > 1.6 \times 10^{27} \ \mathrm{yr}$, corresponding to the effective Majorana neutrino mass of $\hat{m}_{ββ} < \ 9.6$ -- $28 \ \mathrm{meV}$. The Frequentist discovery sensitivity (3$σ$) is $\hat{T}_{1/2}= 1.0 \times 10^{27} \ \mathrm{yr}$, corresponding to $\hat{m}_{ββ}= \ 12$ -- $36 \ \mathrm{meV}$.
format	Preprint
id	arxiv_https___arxiv_org_abs_2504_14369
institution	arXiv
publishDate	2025
record_format	arxiv
spellingShingle	Sensitivity of the CUPID experiment to $0νββ$ decay of $^{100}$Mo Alfonso, K. Armatol, A. Augier, C. Avignone III, F. T. Azzolini, O. Barabash, A. S. Bari, G. Barresi, A. Baudin, D. Bellini, F. Benato, G. Benussi, L. Berest, V. Beretta, M. Bergé, L. Bettelli, M. Biassoni, M. Billard, J. Boffelli, F. Boldrini, V. Brandani, E. D. Brofferio, C. Bucci, C. Buchynska, M. Camilleri, J. Campani, A. Cao, J. Capelli, C. Capelli, S. Caracciolo, V. Cardani, L. Carniti, P. Casali, N. Celi, E. Chang, C. Chapellier, M. Chen, H. Chiesa, D. Cintas, D. Clemenza, M. Colantoni, I. Copello, S. Cremonesi, O. Creswick, R. J. D'Addabbo, A. Dafinei, I. Danevich, F. A. DeDominicis, F. De Jesus, M. de Marcillac, P. Dell'Oro, S. Di Domizio, S. Di Lorenzo, S. Dixon, T. Drobizhev, A. Dumoulin, L. Idrissi, M. El Faverzani, M. Ferri, E. Ferri, F. Ferroni, F. Feliciano, E. Figueroa Formaggio, J. Franceschi, A. Fu, S. Fujikawa, B. K. Gascon, J. Ghislandi, S. Giachero, A. Girola, M. Gironi, L. Giuliani, A. Gorla, P. Gotti, C. Grant, C. Gras, P. Guillaumon, P. V. Gutierrez, T. D. Han, K. Hansen, E. V. Heeger, K. M. Helis, D. L. Huang, H. Z. Hurst, M. T. Imbert, L. Juillard, A. Karapetrov, G. Keppel, G. Khalife, H. Kobychev, V. V. Kolomensky, Yu. G. Kowalski, R. Lattaud, H. Lefevre, M. Lisovenko, M. Liu, R. Liu, Y. Loaiza, P. Ma, L. Mancarella, F. Manenti, N. Mariani, A. Marini, L. Marnieros, S. Martinez, M. Maruyama, R. H. Mas, Ph. Mayer, D. Mazzitelli, G. Mazzola, E. Mei, Y. Moore, M. N. Morganti, S. Napolitano, T. Nastasi, M. Nikkel, J. Nones, C. Norman, E. B. Novosad, V. Nutini, I. O'Donnell, T. Olivieri, E. Olmi, M. Oregui, B. T. Pagan, S. Pageot, M. Pagnanini, L. Pasciuto, D. Pattavina, L. Pavan, M. Penek, Ö. Peng, H. Pessina, G. Pettinacci, V. Pira, C. Pirro, S. Pochon, O. Poda, D. V. Polakovic, T. Polischuk, O. G. Pottebaum, E. G. Pozzi, S. Previtali, E. Puiu, A. Puranam, S. Quitadamo, S. Rappoldi, A. Raselli, G. L. Ressa, A. Rizzoli, R. Rosenfeld, C. Rosier, P. Rossella, M. Scarpaci, J. A. Schmidt, B. Serino, R. Shaikina, A. Shang, K. Sharma, V. Shlegel, V. N. Singh, V. Sisti, M. Slocum, P. Speller, D. Surukuchi, P. T. Taffarello, L. Tomassini, S. Tomei, C. Torres, A. Torres, J. A. Tozzi, D. Tretyak, V. I. Trotta, D. Velazquez, M. Vetter, K. J. Wagaarachchi, S. L. Wang, G. Wang, L. Wang, R. Welliver, B. Wilson, J. Wilson, K. Winslow, L. A. Xie, F. Xue, M. Yang, J. Yefremenko, V. Umatov, V. I. Zarytskyy, M. M. Zhu, T. Zolotarova, A. Zucchelli, S. Nuclear Experiment CUPID is a next-generation bolometric experiment to search for neutrinoless double-beta decay ($0νββ$) of $^{100}$Mo using Li$_2$MoO$_4$ scintillating crystals. It will operate 1596 crystals at $\sim$10 mK in the CUORE cryostat at the Laboratori Nazionali del Gran Sasso in Italy. Each crystal will be facing two Ge-based bolometric light detectors for $α$ rejection. We compute the discovery and the exclusion sensitivity of CUPID to $0νββ$ in a Frequentist and a Bayesian framework. This computation is done numerically based on pseudo-experiments. For the CUPID baseline scenario, with a background and an energy resolution of $1.0 \times 10^{-4}$ counts/keV/kg/yr and 5 keV FWHM at the Q-value, respectively, this results in a Bayesian exclusion sensitivity (90% c.i.) of $\hat{T}_{1/2} > 1.6 \times 10^{27} \ \mathrm{yr}$, corresponding to the effective Majorana neutrino mass of $\hat{m}_{ββ} < \ 9.6$ -- $28 \ \mathrm{meV}$. The Frequentist discovery sensitivity (3$σ$) is $\hat{T}_{1/2}= 1.0 \times 10^{27} \ \mathrm{yr}$, corresponding to $\hat{m}_{ββ}= \ 12$ -- $36 \ \mathrm{meV}$.
title	Sensitivity of the CUPID experiment to $0νββ$ decay of $^{100}$Mo
topic	Nuclear Experiment
url	https://arxiv.org/abs/2504.14369