The CUORE experiment, a ton-scale cryogenic bolometer array, recently began operation at the Laboratori Nazionali del Gran Sasso in Italy. The array represents a significant advancement in this technology, and in this work we apply it for the first time to a high-sensitivity search for a lepton-number-violating process: Te-130 neutrinoless double-beta decay. Examining a total TeO2 exposure of 86.3 kg yr, characterized by an effective energy resolution of (7.7 +/- 0.5) keV FWHM and a background in the region of interest of (0.014 +/- 0.002) counts/(keV kg yr), we find no evidence for neutrinoless double-beta decay. Including systematic uncertainties, we place a lower limit on the decay half-life of T-1/2(0 nu) (Te-130) > 1.3 x 10(25) yr (90% C.L.); the median statistical sensitivity of this search is 7.0 x 10(24) yr. Combining this result with those of two earlier experiments, Cuoricino and CUORE-0, we find T-1/2(0 nu) (Te-130) > 1.5 x 10(25) yr (90% C.L.), which is the most stringent limit to date on this decay. Interpreting this result as a limit on the effective Majorana neutrino mass, we find m(ss ss) < (110 - 520) meV, where the range reflects the nuclear matrix element estimates employed.

First results from CUORE: a search for lepton number violation via 0νββ Decay of Te130 / Alduino, C.; Alessandria, F.; Alfonso, K.; Andreotti, E.; Arnaboldi, C.; Avignone, F.  T.; Azzolini, O.; Balata, M.; Bandac, I.; Banks, T.  I.; Bari, G.; Barucci, M.; Beeman, J.  W.; Bellini, F.; Benato, G.; Bersani, A.; Biare, D.; Biassoni, M.; Bragazzi, F.; Branca, A.; Brofferio, C.; Bryant, A.; Buccheri, A.; Bucci, C.; Bulfon, C.; Camacho, A.; Caminata, A.; Canonica, L.; Cao, X.  G.; Capelli, S.; Capodiferro, M.; Cappelli, L.; Cardani, L.; Cariello, M.; Carniti, P.; Carrettoni, M.; Casali, N.; Cassina, L.; Cereseto, R.; Ceruti, G.; Chiarini, A.; Chiesa, D.; Chott, N.; Clemenza, M.; Conventi, D.; Copello, S.; Cosmelli, C.; Cremonesi, O.; Crescentini, C.; Creswick, R.  J.; Cushman, J.  S.; D’Addabbo, A.; D’Aguanno, D.; Dafinei, I.; Datskov, V.; Davis, C.  J.; Del Corso, F.; Dell’Oro, S.; Deninno, M.  M.; Di Domizio, S.; Di Vacri, M.  L.; Di Paolo, L.; Drobizhev, A.; Ejzak, L.; Faccini, R.; Fang, D.  Q.; Faverzani, M.; Ferri, E.; Ferroni, F.; Fiorini, E.; Franceschi, M.  A.; Freedman, S.  J.; Fujikawa, B.  K.; Gaigher, R.; Giachero, A.; Gironi, L.; Giuliani, A.; Gladstone, L.; Goett, J.; Gorla, P.; Gotti, C.; Guandalini, C.; Guerzoni, M.; Gutierrez, T.  D.; Haller, E.  E.; Han, K.; Hansen, E.  V.; Heeger, K.  M.; Hennings-Yeomans, R.; Hickerson, K.  P.; Huang, H.  Z.; Iannone, M.; Ioannucci, L.; Kadel, R.; Keppel, G.; Kogler, L.; Kolomensky, Yu.  G.; Leder, A.; Ligi, C.; Lim, K.  E.; Liu, X.; Ma, Y.  G.; Maiano, C.; Maino, M.; Marini, L.; Martinez, M.; Martinez Amaya, C.; Maruyama, R.  H.; Mei, Y.; Moggi, N.; Morganti, S.; Mosteiro, P.  J.; Nagorny, S.  S.; Napolitano, T.; Nastasi, M.; Nisi, S.; Nones, C.; Norman, E.  B.; Novati, V.; Nucciotti, A.; Nutini, I.; O’Donnell, T.; Olcese, M.; Olivieri, E.; Orio, F.; Orlandi, D.; Ouellet, J.  L.; Pagliarone, C.  E.; Pallavicini, M.; Palmieri, V.; Pattavina, L.; Pavan, M.; Pedretti, M.; Pedrotta, R.; Pelosi, A.; Pessina, G.; Pettinacci, V.; Piperno, G.; Pira, C.; Pirro, S.; Pozzi, S.; Previtali, E.; Reindl, F.; Rimondi, F.; Risegari, L.; Rosenfeld, C.; Rossi, C.; Rusconi, C.; Sakai, M.; Sala, E.; Salvioni, C.; Sangiorgio, S.; Santone, D.; Schaeffer, D.; Schmidt, B.; Schmidt, J.; Scielzo, N.  D.; Singh, V.; Sisti, M.; Smith, A.  R.; Stivanello, F.; Taffarello, L.; Tatananni, L.; Tenconi, M.; Terranova, F.; Tessaro, M.; Tomei, C.; Ventura, G.; Vignati, M.; Wagaarachchi, S.  L.; Wallig, J.; Wang, B.  S.; Wang, H.  W.; Welliver, B.; Wilson, J.; Wilson, K.; Winslow, L.  A.; Wise, T.; Zanotti, L.; Zarra, C.; Zhang, G.  Q.; Zhu, B.  X.; Zimmermann, S.; Zucchelli, S.. - In: PHYSICAL REVIEW LETTERS. - ISSN 0031-9007. - 120:13(2018). [10.1103/PhysRevLett.120.132501]

First results from CUORE: a search for lepton number violation via 0νββ Decay of Te130

Bellini, F.;Cardani, L.;Casali, N.;Cosmelli, C.;Dafinei, I.;Faccini, R.;Ferroni, F.;Martinez, M.;Pettinacci, V.;Piperno, G.;Vignati, M.;
2018

Abstract

The CUORE experiment, a ton-scale cryogenic bolometer array, recently began operation at the Laboratori Nazionali del Gran Sasso in Italy. The array represents a significant advancement in this technology, and in this work we apply it for the first time to a high-sensitivity search for a lepton-number-violating process: Te-130 neutrinoless double-beta decay. Examining a total TeO2 exposure of 86.3 kg yr, characterized by an effective energy resolution of (7.7 +/- 0.5) keV FWHM and a background in the region of interest of (0.014 +/- 0.002) counts/(keV kg yr), we find no evidence for neutrinoless double-beta decay. Including systematic uncertainties, we place a lower limit on the decay half-life of T-1/2(0 nu) (Te-130) > 1.3 x 10(25) yr (90% C.L.); the median statistical sensitivity of this search is 7.0 x 10(24) yr. Combining this result with those of two earlier experiments, Cuoricino and CUORE-0, we find T-1/2(0 nu) (Te-130) > 1.5 x 10(25) yr (90% C.L.), which is the most stringent limit to date on this decay. Interpreting this result as a limit on the effective Majorana neutrino mass, we find m(ss ss) < (110 - 520) meV, where the range reflects the nuclear matrix element estimates employed.
2018
double beta decay; response stabilization; rare decays; detectors; contamination; bolometers; limits
01 Pubblicazione su rivista::01a Articolo in rivista
First results from CUORE: a search for lepton number violation via 0νββ Decay of Te130 / Alduino, C.; Alessandria, F.; Alfonso, K.; Andreotti, E.; Arnaboldi, C.; Avignone, F.  T.; Azzolini, O.; Balata, M.; Bandac, I.; Banks, T.  I.; Bari, G.; Barucci, M.; Beeman, J.  W.; Bellini, F.; Benato, G.; Bersani, A.; Biare, D.; Biassoni, M.; Bragazzi, F.; Branca, A.; Brofferio, C.; Bryant, A.; Buccheri, A.; Bucci, C.; Bulfon, C.; Camacho, A.; Caminata, A.; Canonica, L.; Cao, X.  G.; Capelli, S.; Capodiferro, M.; Cappelli, L.; Cardani, L.; Cariello, M.; Carniti, P.; Carrettoni, M.; Casali, N.; Cassina, L.; Cereseto, R.; Ceruti, G.; Chiarini, A.; Chiesa, D.; Chott, N.; Clemenza, M.; Conventi, D.; Copello, S.; Cosmelli, C.; Cremonesi, O.; Crescentini, C.; Creswick, R.  J.; Cushman, J.  S.; D’Addabbo, A.; D’Aguanno, D.; Dafinei, I.; Datskov, V.; Davis, C.  J.; Del Corso, F.; Dell’Oro, S.; Deninno, M.  M.; Di Domizio, S.; Di Vacri, M.  L.; Di Paolo, L.; Drobizhev, A.; Ejzak, L.; Faccini, R.; Fang, D.  Q.; Faverzani, M.; Ferri, E.; Ferroni, F.; Fiorini, E.; Franceschi, M.  A.; Freedman, S.  J.; Fujikawa, B.  K.; Gaigher, R.; Giachero, A.; Gironi, L.; Giuliani, A.; Gladstone, L.; Goett, J.; Gorla, P.; Gotti, C.; Guandalini, C.; Guerzoni, M.; Gutierrez, T.  D.; Haller, E.  E.; Han, K.; Hansen, E.  V.; Heeger, K.  M.; Hennings-Yeomans, R.; Hickerson, K.  P.; Huang, H.  Z.; Iannone, M.; Ioannucci, L.; Kadel, R.; Keppel, G.; Kogler, L.; Kolomensky, Yu.  G.; Leder, A.; Ligi, C.; Lim, K.  E.; Liu, X.; Ma, Y.  G.; Maiano, C.; Maino, M.; Marini, L.; Martinez, M.; Martinez Amaya, C.; Maruyama, R.  H.; Mei, Y.; Moggi, N.; Morganti, S.; Mosteiro, P.  J.; Nagorny, S.  S.; Napolitano, T.; Nastasi, M.; Nisi, S.; Nones, C.; Norman, E.  B.; Novati, V.; Nucciotti, A.; Nutini, I.; O’Donnell, T.; Olcese, M.; Olivieri, E.; Orio, F.; Orlandi, D.; Ouellet, J.  L.; Pagliarone, C.  E.; Pallavicini, M.; Palmieri, V.; Pattavina, L.; Pavan, M.; Pedretti, M.; Pedrotta, R.; Pelosi, A.; Pessina, G.; Pettinacci, V.; Piperno, G.; Pira, C.; Pirro, S.; Pozzi, S.; Previtali, E.; Reindl, F.; Rimondi, F.; Risegari, L.; Rosenfeld, C.; Rossi, C.; Rusconi, C.; Sakai, M.; Sala, E.; Salvioni, C.; Sangiorgio, S.; Santone, D.; Schaeffer, D.; Schmidt, B.; Schmidt, J.; Scielzo, N.  D.; Singh, V.; Sisti, M.; Smith, A.  R.; Stivanello, F.; Taffarello, L.; Tatananni, L.; Tenconi, M.; Terranova, F.; Tessaro, M.; Tomei, C.; Ventura, G.; Vignati, M.; Wagaarachchi, S.  L.; Wallig, J.; Wang, B.  S.; Wang, H.  W.; Welliver, B.; Wilson, J.; Wilson, K.; Winslow, L.  A.; Wise, T.; Zanotti, L.; Zarra, C.; Zhang, G.  Q.; Zhu, B.  X.; Zimmermann, S.; Zucchelli, S.. - In: PHYSICAL REVIEW LETTERS. - ISSN 0031-9007. - 120:13(2018). [10.1103/PhysRevLett.120.132501]
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