Slides - Agenda INFN

Report dei referee sull’esperimento CUPID
Giuliana Fiorillo, Davide D’Angelo, Luciano Pandola
Incontro con i responsabili locali ed il responsabile nazionale il 29 agosto 2016
Programma di attività 2016-18
•
Upgrade della tecnica sperimentale di CUORE che sia in
grado di migliorare la sensibilità aumentando la massa di isotopo
candidato e abbattendo il fondo di un fattore 100.
•
Richieste della Commissione (Ottobre 2015)
a. Definizione di almeno due tecniche di misura da portare a
compimento con CUPID-0
b. Definizione della collaborazione con il gruppo del CNRS
(LUMINEU) per la fornitura ed il test dei cristalli di ZnMoO4.
c. Definizione di un obiettivo minimo di fondo (per una data
esposizione in kg y) per le tecnologie sviluppate in vista di
esperimenti doppio beta di prossima generazione
a) Definizione di almeno due tecniche di misura da
portare a compimento con CUPID
1. Sviluppo bolometri scintillanti ad alte prestazioni e basso fondo
basati su cristalli di ZnSe e Li2MoO4 o ZnMoO4
➡
dimostratore CUPID-0
2. Realizzazione di rivelatori bolometrici con reiezione Cherenkov
(rivelatori di TeO2 accoppiati a sensori di luce di elevata
sensibilità in grado di misurare la luce Cherenkov prodotta da
elettroni si alcuni MeV all’interno del cristallo per reiezione del
fondo prodotto dalle particelle alfa)
➡
R&D
b) Definizione della collaborazione con il gruppo del CNRS
(LUMINEU) per la fornitura ed il test dei cristalli di ZnMoO4
•
la torre del primo dimostratore è stata completata
utilizzando solo cristalli di ZnSe (restituiti alla
commissione i fondi relativi alla strumentazione della torre
di Molibdato)
c) Definizione di un obiettivo minimo di fondo per le tecnologie
sviluppate in vista di esperimenti doppio beta di prossima generazione
•
Per i bolometri scintillanti l’obiettivo è 1 cont/(keV ton anno). Necessaria
una misura con un tempo vivo dell’ordine di 2 anni, sfruttando tutto
l’isotopo oggi disponibile per l’esperimento
•
Per il TeO2 obiettivo dipende dalla capacità di reiezione della tecnica che
misura la luce Cherenkov. Si punta ad ottenere una capacità di
discriminazione dell’ordine del 99% per le interazioni dovute a alfa
rispetto ai segnali prodotti da elettroni. Utilizzando i modelli del fondo già
implementati per CUORE-0 e CUORE, si effettuerà una estrapolazione
del fondo ottenibile una volta realizzato il sistema di reiezione completo
per un esperimento sulla scala di CUORE e installato all’interno di un
criostato la cui radioattività gamma venga effettivamente minimizzata.
1. CUPID-0
•
Dimostratore della tecnologia dei bolometri scintillanti sulla
scala dei 20 kg, utilizzando le migliori soluzioni tecnologiche disponibili
al momento (lettura a-la-CUORE con NTD-Ge per i bolometri, GeW per
la luce di scintillazione).
•
Esperimento pilota da installare ed operare nel criostato di CUORICINO
della Sala A dei LNGS.
-
Ricondizionamento criostato di CUORE-0 + nuovo sistema di fili di readout
-
Torre di ZnSe:
➡
Produzione dei cristalli di ZnSe conclusa a febbraio 2016
➡
Taglio e lappatura nella CR1 di DarkSide, conclusa a giugno 2016
➡
Incollaggio dei rivelatori di luce e dei sensori sui cristalli in CR1, luglio
2016
➡
Nuovi cristalli grazie al recupero delle polveri residue, agosto 2016
Milestones 2016
•
29/4/2016 Completamento manutenzione e revisione completa del criostato
della sala A dei LNGS.
➡
•
29/4/2016 Preparazione dei cristalli bolometrici e dei rivelatori di luce.
➡
•
Status: in standby per problemi di manpower. Riprende dopo il concorso INFN.
Completamento previsto entro Ottobre 2016: Ritardo: ~3.5 mesi
16/9/2016 Raffreddamento del criostato e pre-operation del rivelatore per
fissare le migliori condizioni operative di tutti i bolometri
➡
•
Status: completata entro Agosto 2016.
30/6/2016 Installazione della torre dei rivelatori scintillanti all'interno del
criostato della sala A dei LNGS.
➡
•
Status: completata entro Luglio 2016.
Status: attualmente prevista per Novembre 2016. Ritardo:~2 mesi
30/9/2016 Inizio presa dati esperimento CUPID-0
➡
Status: attualmente prevista per Dicembre 2016. Ritardo: ~3 mesi
Commenti dei referee
•
I referees esprimono soddisfazione per lo status di CUPID-0 e il
sostanziale mantenimento della schedule del 2016, nonostante le
significative interferenze con il montaggio di CUORE.
-
I 24 bolometri scintillanti di ZnSe (~5kg di 82Se) pronti per l’installazione
-
Prestazioni ottime e riproducibili (Energy resolution: ~30keV)
-
Discrimination Potential al Qββ tra segnali β/γ e segnali α è circa 12
combinando l’informazione sull’ampiezza e sulla forma del segnale di luce.
210
-
Dopo la discriminazione delle alpha (U e Th interni ed in equilibrio, Po anche
superficiale) e la sottrazione degli eventi multi-hit, la ROI risulta a fondo nullo
su una presa dati di 530h.
-
La caratterizzazione del fondo è stata pubblicata su EPJ nel 2016.
-
Il run di CUPID-0 avrà condizioni ancora migliore (pulizia superficiale,
assemblaggio a basso Rn, rame e schermatura) con background atteso da
MC di circa 10-3 c/kg/keV/y e una sensibilità per la T1/2 (Se) di 1025 yr in 2 anni
di presa dati.
2. R&D
•
Volta al miglioramento e all’ottimizzazione della tecnologia relativamente alla
lettura della luce Cherenkov.
•
L’attività segue diverse linee tecnologiche:
1. miglioramento dei sensori termici che possano sostituire in futuro gli NTD utilizzati
in CUORE (MKIDS)
•
interamente finanziato su fondi esterni (ERC CALDER, PI Marco Vignati)
2. amplificazione del segnale termico mediante l’utilizzo dell’effetto Neganov-Luke
•
sviluppo anche finanziato su fondi di gruppo V (grant giovani SINGLE, PI Matteo
Biassoni)
-
lo sviluppo in substrati di silicio implementato a MiB ha prodotto ottimi
risultati sulla capacità di discriminazione, alfa-beta, ottenibile in cristalli di
TeO2 piccoli (“discrimination power” circa 5)
-
il test con substrati di germanio effettuato a LNGS ha mostrato che è
possibile ottenere una discrimination power tra particelle alfa e beta di circa 3
nella regione di energia di interesse per il doppio decadimento beta con
3
cristalli di grandi dimensioni (alcune decine di cm )
Richieste finanziarie e proposte dei referees (1)
•
CUPID-0
-
La presa dati è prevista entro l’anno e viene supportata con la
massima priorità.
-
Si sostiene anche il run con la sorgente di 56Co e i relativi costi.
-
Si registra con favore la possibilità - apertasi dopo la chiusura del
database - di rilavorare ad un costo vantaggioso le parti di cristallo
scartate durante le operazioni di taglio per ottenere dodici nuovi
cristalli di enrSe, con un conseguente prezioso aumento della
sensibilità dell’esperimento. Parere favorevole.
-
Si propone la cancellazione della linea di ricerca basata sui cristalli di
Molibdato e le relative voci di spesa SJ. Anche per il 2017 la linea
rimane sospesa in attesa di sviluppi sul fronte della collaborazione
con la controparte francese.
Richieste finanziarie e proposte dei referees (2)
•
-
Nonostante gli sforzi portati avanti finora dalla collaborazione INFN, permane un
problema di internazionalizzazione. Si incoraggiano i rapporti scientifici con la
parte americana di Cuore, se possibili, e con i nuovi gruppi cinesi che hanno
manifestato interesse.
-
Si incoraggia la sinergia di risorse con CUORE al fine di evitare la duplicazione
degli oneri finanziari, sia in termini di spese di missione che per la strumentazione.
Su questo criterio sono anche basate alcune delle scelte dei referee per il 2017.
R&D
-
Buona convergenza degli sforzi su alcune delle linee proposte in sede di
approvazione sigla.
-
Ottima capacità di attrazione di fondi diversi da CSN2 (progetti ERC-Calder e
CSN5-Single).
-
Si suggerisce di mantenere il supporto per l’R&D ai LNGS in sala C (consumi) in
seconda priorità rispetto al run di CUPID-0.
Richieste finanziarie e proposte dei referees
•
MISSIONI
1. turnistica per presa dati di CUPID0: 22wk a Roma1, 20wk a
MIB e 5 wk a LNL.
2. meeting di collaborazione e meeting bimestrali dei PI:
si chiede un contenimento delle spese complessive,
possibilmente facendo ricorso a sinergie con CUORE.
3. partecipazione a conferenze nazionali e internazionali:
l’algoritmo usato per il calcolo delle proposte relative alle
missioni per la partecipazione a conferenze è 2 k€ * (FTE/
2+1).
Riassunto assegnazioni - Proposta dei referee
LNGS
LNL
MIB
RM1
Totale
MIS
15.5
10
26.5
14
51
35
41 + 5 SJ
27
134 + 5
86
CON
2
2
17 + 15 SJ
11
20
14
2
2
41 + 15 SJ
29
ALTRI_CON
36.5
30
2
2
6
5
-
44.5
37
TRA
-
-
1
1
-
1
1
INV
-
4.5
4
8
-
5
5
17.5
9
SPSERVIZI
33.5
30
11
5
5
5
-
-
49.5
40
MAN
7
7
9
6
-
-
16
13
APP
12
12
7
6
6
6
16 SJ
0
25 + 16 SJ
24
Totale
106.5
91
77 + 15 SJ
48
97
66
48 + 21 SJ
34
328.5 + 36 SJ
239