Sensitivity of the CUPID experiment to 0νββ decay of 100Mo

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.; De Dominicis, F.; De Jesus, M.; De Marcillac, P.; Dell’Oro, S.; Di Domizio, S.; Di Lorenzo, S.; Dixon, T.; Drobizhev, A.; Dumoulin, L.; El Idrissi, M.; Faverzani, M.; Ferri, E.; Ferri, F.; Ferroni, F.; Figueroa-Feliciano, E.; 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.; Johnson, T.; 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.

doi:10.1140/epjc/s10052-026-15296-w

CUPID is a next-generation bolometric experiment to search for neutrinoless double-beta decay (0νββ) of ¹⁰⁰Mo using Li₂MoO₄ scintillating crystals. It will operate 1596 crystals at ∼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 × 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 T̂₁/₂ > 1.6 × 10²⁷ yr, corresponding to the effective Majorana neutrino mass of m̂ββ < 9.6–28 meV. The Frequentist discovery sensitivity (3σ) is T̂₁/₂ = 1.0 × 10²⁷ yr, corresponding to m̂ββ = 12–36 meV.

Sensitivity of the CUPID experiment to 0νββ decay of 100Mo / 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., et al.. - In: THE EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL. C, PARTICLES AND FIELDS. - ISSN 1434-6044. - 86:6(2026), pp. 1-15. [10.1140/epjc/s10052-026-15296-w]