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8 results on '"Arnaud, Q"'

1. Search for sub-GeV dark matter via the Migdal effect with an EDELWEISS germanium detector with NbSi transition-edge sensors

Author

Armengaud, E., Arnaud, Q., Augier, C., Benoît, A., Bergé, L., Billard, J., Broniatowski, A., Camus, P., Caze, A., Chapellier, M., Charlieux, F., de Jésus, M., Dumoulin, L., Eitel, K., Filippini, J.B., Filosofov, D., Gascon, J., Giuliani, A., Gros, M., Guy, E., Jin, Y., Juillard, A., Kleifges, M., Lattaud, H., Marnieros, S., Misiak, D., Navick, X.F., Nones, C., Olivieri, E., Oriol, C., Pari, P., Paul, B., Poda, D., Rozov, S., Salagnac, T., Sanglard, V., Vagneron, L., Yakushev, E., Zolotarova, A., Kavanagh, B.J., Agence Nationale de la Recherche (France), Université de Lyon, Russian Foundation for Basic Research, European Commission, Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (España), Agencia Estatal de Investigación (España), European Research Council, Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers (IRFU), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon (IP2I Lyon), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Hélium : du fondamental aux applications (NEEL - HELFA), Institut Néel (NEEL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA), Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie (IJCLab), Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Cryogénie (NEEL - Cryo), Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies [Orsay] (C2N), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Cryogénie (LC), Service de physique de l'état condensé (SPEC - UMR3680), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), and EDELWEISS

Subjects
background, resolution, GeV, sensitivity, dark matter, particle: interaction, thermal, EDELWEISS, cryogenics, electron: recoil: energy, ionization, germanium: detector, phonon, [PHYS.ASTR]Physics [physics]/Astrophysics [astro-ph]
Abstract

The EDELWEISS collaboration reports on the search for dark matter particle interactions via Migdal effect with masses between 32MeV⋅c−2 to 2 GeV⋅c−2 using a 200 g cryogenic Ge detector sensitive to simultaneously heat and ionization signals and operated underground at the Laboratoire Souterrain de Modane in France. The phonon signal was read out using a transition edge sensor made of a NbSi thin film. The detector was biased at 66 V in order to benefit from the Neganov-Trofimov-Luke amplification and resulting in a resolution on the energy of electron recoils of 4.46eVee (102.58 eV at 66 V) and an analysis threshold of 30eVee. The sensitivity is limited by a dominant background not associated to charge creation in the detector. The search constrains a new region of parameter space for cross sections down to 10−29cm2 and masses between 32 and 100MeV⋅c−2. The achieved low threshold with the NbSi sensor shows the relevance of its use for out-of-equilibrium phonon sensitive devices for low-mass dark matter searches., The EDELWEISS project is supported in part by the French Agence Nationale pour la Recherche (ANR) and the LabEx Lyon Institute of Origins (ANR-10-LABX0066) of the Universite de Lyon within the program “Investissements d’Avenir” (ANR-11-IDEX-00007), by the P2IO LabEx(ANR-10-LABX-0038)inthe framework “Investissements d’Avenir” (ANR-11-IDEX-0003-01) managed by the ANR (France), and the Russian Foundation for Basic Research (Grant No. 18-0200159). This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation program under the Marie Skłodowska-Curie Grant Agreement No. 838537. B.J.K. thanks the Spanish Agencia Estatal de Investigación (AEI, MICIU) for the support to the Unidad de Excelencia María de Maeztu Instituto de Física de Cantabria, Ref. MDM-2017-0765.

Published
2022

2. Low-mass Dark Matter searches with EDELWEISS

Author

Gascon, J., Armengaud, E., Arnaud, Q., Augier, C., Benoit, A., Bergé, L., Billard, J., Broniatowski, A., Camus, P., Cazes, A., Chapellier, M., Charlieux, F., De Jésus, M., Dumoulin, L., Eitel, K., Filippini, J.-B., Filosofov, D., Giuliani, A., Gros, M., Jin, Y., Juillard, A., Kleifges, M., Lattaud, H., Marnieros, S., Misiak, D., Navick, X.-F., Nones, C., Olivieri, E., Oriol, C., Pari, P., Paul, B., Poda, D., Rozov, S., Salagnac, T., Sanglard, V., Vagneron, L., Yakushev, E., Zolotarova, A., Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon (IP2I Lyon), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers (IRFU), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Hélium : du fondamental aux applications (NEEL - HELFA), Institut Néel (NEEL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA), Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie (IJCLab), Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Cryogénie (NEEL - Cryo), Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Joint Institute for Nuclear Research (JINR), Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies [Orsay] (C2N), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Léon Brillouin (LLB - UMR 12), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), EDELWEISS, Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay

Subjects
Physics - Instrumentation and Detectors, Physics::Instrumentation and Detectors, Astrophysics::Instrumentation and Methods for Astrophysics, resolution, FOS: Physical sciences, dark matter: detector, Instrumentation and Detectors (physics.ins-det), sensitivity, EDELWEISS, cryogenics, germanium: detector, High Energy Physics::Experiment, [PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det], activity report, performance
Abstract

The EDELWEISS collaboration searches for light Dark Matter (DM) particles using germanium detectors equipped with a charge and phonon signal readout. Using the Neganov-Trofimov-Luke effect, an rms resolution of 0.53 electron-hole pair was obtained on a massive (33.4 g) Ge detector operated underground at the Laboratoire Souterrain de Modane. This record sensitivity made possible a search for Dark Photon DM down to 1 eV/c2 and to DM-electron interactions below 1 MeV/c2. This demonstrates for the first time the high relevance of cryogenic Ge detectors in searches at low thresholds and is an important step of the development of Ge detectors with improved performance in the context of the EDELWEISS-SubGeV program., Comment: Submitted to Journal of Low Temperature Physics, Special Issue for the 19th International Workshop on Low Temperature Detectors 19-29 July 2021 (Virtual event hold by NIST)

Published
2021
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3. First germanium-based constraints on sub-MeV Dark Matter with the EDELWEISS experiment

Author

EDELWEISS Collaboration, Arnaud, Q., Armengaud, E., Augier, C., Beno��t, A., Berg��, L., Billard, J., Broniatowski, A., Camus, P., Cazes, A., Chapellier, M., Charlieux, F., De J��sus, M., Dumoulin, L., Eitel, K., Elkhoury, E., Fillipini, J. -B., Filosofov, D., Gascon, J., Giuliani, A., Gros, M., Jin, Y., Juillard, A., Kleifges, M., Lattaud, H., Marnieros, S., Misiak, D., Navick, X. -F., Nones, C., Olivieri, E., Oriol, C., Pari, P., Paul, B., Poda, D., Rozov, S., Salagnac, T., Sanglard, V., Siebenborn, B., Vagneron, L., Weber, M., Yakushev, E., Zolotarova, A., Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon (IP2I Lyon), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers (IRFU), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Institut Néel (NEEL), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie (IJCLab), Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies [Orsay] (C2N), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), EDELWEISS, Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Saclay, Hélium : du fondamental aux applications (NEEL - HELFA), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Cryogénie (NEEL - Cryo), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF), Institut für kernphysik [Eggenstein-Leopoldshafen] (IKP), Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Laboratory of Nuclear Problems, JINR, Joint Institut of Nuclear Research, Laboratoire de Cryogénie (LC), Service de physique de l'état condensé (SPEC - UMR3680), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institute of Radio Frequency Engineering and Electronics [Karlsruhe] (IHE), and Karlsruhe Institute of Technology (KIT)

Subjects
electron, Photon, Physics - Instrumentation and Detectors, dark matter: interaction, detector: cryogenics, Dark matter, General Physics and Astronomy, chemistry.chemical_element, FOS: Physical sciences, Germanium, charge: resolution, Electron, EDELWEISS, Parameter space, Gravitation and Astrophysics, 01 natural sciences, Dark photon, Nuclear physics, S030DE5, 5/3, 0103 physical sciences, [PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det], 010306 general physics, Instrumentation and Methods for Astrophysics (astro-ph.IM), Physics, Range (particle radiation), photon, Astrophysics::Instrumentation and Methods for Astrophysics, S029HPH, Instrumentation and Detectors (physics.ins-det), Astrophysics - Astrophysics of Galaxies, particle: interaction, Automatic Keywords, chemistry, Astrophysics of Galaxies (astro-ph.GA), Astrophysics - Instrumentation and Methods for Astrophysics, [PHYS.ASTR]Physics [physics]/Astrophysics [astro-ph], mixing: kinetic
Abstract

The EDELWEISS collaboration has performed a search for Dark Matter (DM) particles interacting with electrons using a 33.4 g Ge cryogenic detector operated underground at the LSM. A charge resolution of 0.53 electron-hole pairs (RMS) has been achieved using the Neganov-Trofimov-Luke amplification with a bias of 78 V. We set the first Ge-based constraints on sub-MeV/c$^{2}$ DM particles interacting with electrons, as well as on dark photons down to 1 eV/c$^2$. These are competitive with other searches. In particular, new limits are set on the kinetic mixing of dark photon DM in a so far unconstrained parameter space region in the 6 to 9 eV/c$^2$ mass range. These results demonstrate the high relevance of cryogenic Ge detectors for the search of DM interactions producing eV-scale electron signals., Comment: 6 pages, 4 figures, corrected typos

Published
2020
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4. Optimizing EDELWEISS detectors for low-mass WIMP searches

Author

Arnaud, Q., Armengaud, E., Augier, C., Benoit, A., Berge, L., Billard, J., Broniatowski, A., Camus, P., Cazes, A., Chapellier, M., Charlieux, F., De Jesus, M., Dumoulin, L., Eitel, K., Foerster, N., Gascon, J., Giuliani, A., Gros, M., Hehn, L., Jin, Y., Juillard, A., Kleifges, M., Kozlov, V., Kraus, H., Kudryavtsev, V.A., Le-Sueur, H., Maisonobe, R., Marnieros, S., Navick, X.-F., Nones, C., Olivieri, E., Pari, P., Paul, B., Poda, D., Queguiner, E., Rozov, S., Sanglard, V., Scorza, S., Siebenborn, B., Vagneron, L., Weber, M., Yakushev, E., Collaboration, EDELWEISS, Institut de Physique Nucléaire de Lyon ( IPNL ), Université Claude Bernard Lyon 1 ( UCBL ), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS ( IN2P3 ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Département de Physique Nucléaire (ex SPhN) ( DPHN ), Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers ( IRFU ), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Saclay, Institut Néel ( NEEL ), Université Grenoble Alpes [Saint Martin d'Hères]-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Centre de Sciences Nucléaires et de Sciences de la Matière ( CSNSM ), Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ) -Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS ( IN2P3 ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Université Paris-Saclay, EDELWEISS, Institut de Physique Nucléaire de Lyon (IPNL), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Département de Physique Nucléaire (ex SPhN) (DPHN), Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers (IRFU), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Institut Néel (NEEL), Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF), Centre de Sciences Nucléaires et de Sciences de la Matière (CSNSM), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies [Orsay] (C2N), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Hélium : du fondamental aux applications (NEEL - HELFA), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Cryogénie (NEEL - Cryo), and Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)

Subjects
data analysis method, Particle physics, Cosmology and Nongalactic Astrophysics (astro-ph.CO), Physics - Instrumentation and Detectors, Physics::Instrumentation and Detectors, Solar neutrino, energy resolution, background: model, FOS: Physical sciences, WIMP: mass, EDELWEISS, 7. Clean energy, 01 natural sciences, statistical analysis, WIMP, Frequentist inference, frequentist, 0103 physical sciences, [PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det], Sensitivity (control systems), 010306 general physics, [ PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET ] Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det], Physics, 010308 nuclear & particles physics, Detector, Astrophysics::Instrumentation and Methods for Astrophysics, WIMP nucleon: cross section, Instrumentation and Detectors (physics.ins-det), sensitivity, Weakly interacting massive particles, High Energy Physics::Experiment, Neutrino, performance, Astrophysics - Cosmology and Nongalactic Astrophysics
Abstract

The physics potential of EDELWEISS detectors for the search of low-mass Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs) is studied. Using a data-driven background model, projected exclusion limits are computed using frequentist and multivariate analysis approaches, namely profile likelihood and boosted decision tree. Both current and achievable experimental performance are considered. The optimal strategy for detector optimization depends critically on whether the emphasis is put on WIMP masses below or above $\sim$ 5 GeV/c$^2$. The projected sensitivity for the next phase of the EDELWEISS-III experiment at the Modane Underground Laboratory (LSM) for low-mass WIMP search is presented. By 2018 an upper limit on the spin-independent WIMP-nucleon cross-section of $\sigma_{SI} = 7 \times 10^{-42}$ cm$^2$ is expected for a WIMP mass in the range 2$-$5 GeV/c$^2$. The requirements for a future hundred-kilogram scale experiment designed to reach the bounds imposed by the coherent scattering of solar neutrinos are also described. By improving the ionization resolution down to 50 eV$_{ee}$, we show that such an experiment installed in an even lower background environment (e.g. at SNOLAB) should allow to observe about 80 $^8$B neutrino events after discrimination., Comment: 21 pages, 12 figures, submitted to Phys. Rev. D

Published
2018

5. Axion searches with the EDELWEISS-II experiment

Author

Armengaud, E, Arnaud, Q, Augier, C, Benoit, A, Berge, L, Bergmann, T, Bluemer, J, Broniatowski, A, Brudanin, V, Camus, P, Cazes, A, Censier, B, Chapellier, M, Charlieux, F, Couedo, F, Coulter, P, Cox, GA, de Boissiere, T, De Jesus, M, Dolgorouky, Y, Drillien, AA, Dumoulin, L, Eitel, K, Filosofov, D, Fourches, N, Gascon, J, Gerbier, G, Gros, M, Hehn, L, Henry, S, Herve, S, Heuermann, G, Holtzer, N, Humbert, V, Juillard, A, Kefelian, C, Kleifges, M, Kluck, H, Kozlov, V, Kraus, H, Kudryavtsev, VA, Le Sueur, H, Mancuso, M, Marrache-Kikuchi, C, Marnieros, S, Menshikov, A, Navick, X-F, Nones, C, Olivieri, E, Pari, P, Paul, B, Piro, MC, Rigaut, O, Robinson, M, Rozov, S, Sanglard, V, Schmidt, B, Siebenborn, B, Tcherniakhovski, D, Tenconi, M, Vagneron, L, Walker, RJ, Weber, M, Yakushev, E, Zhang, X, Collaboration, EDELWEISS, Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers (IRFU), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Institut de Physique Nucléaire de Lyon (IPNL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3), CSNSM INSTR, Centre de Sciences Nucléaires et de Sciences de la Matière (CSNSM), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), CSNSM PS1, Centre de Spectrométrie Nucléaire et de Spectrométrie de Masse (CSNSM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre de Sciences Nucléaires et de Sciences de la Matière (CSNSM), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Souterrain de Modane (LSM - UMR 6417), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3), EDELWEISS, Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre de Sciences Nucléaires et de Sciences de la Matière (CSNSM), and Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])

Subjects
axions, Cosmology and Nongalactic Astrophysics (astro-ph.CO), Solar neutrino, BOUNDS, Dark matter, FOS: Physical sciences, GERMANIUM DETECTORS, EDELWEISS, 01 natural sciences, 7. Clean energy, Nuclear physics, High Energy Physics - Phenomenology (hep-ph), dark matter experiments DARK-MATTER, 0103 physical sciences, CP INVARIANCE, 010306 general physics, Axion, Physics, dark matter detectors, Solar energetic particles, 010308 nuclear & particles physics, Astronomy and Astrophysics, CRYOGENIC DETECTORS, Baryon, High Energy Physics - Phenomenology, SOLAR AXIONS, [PHYS.HPHE]Physics [physics]/High Energy Physics - Phenomenology [hep-ph], INTERLEAVED ELECTRODES, Neutrino, Lepton, Astrophysics - Cosmology and Nongalactic Astrophysics
Abstract

We present new constraints on the couplings of axions and more generic axion-like particles using data from the EDELWEISS-II experiment. The EDELWEISS experiment, located at the Underground Laboratory of Modane, primarily aims at the direct detection of WIMPs using germanium bolometers. It is also sensitive to the low-energy electron recoils that would be induced by solar or dark matter axions. Using a total exposure of up to 448 kg.d, we searched for axion-induced electron recoils down to 2.5 keV within four scenarios involving different hypotheses on the origin and couplings of axions. We set a 95% CL limit on the coupling to photons $g_{A\gamma}

Published
2016

6. Constraints on low-mass WIMPs from the EDELWEISS-III dark matter search

Author

EDELWEISS Collaboration, Armengaud, E., Arnaud, Q., Augier, C., Benoît, A., Bergé, L., Bergmann, T., Billard, J., Blümer, J., de Boissière, T., Bres, G., Broniatowski, A., Brudanin, V., Camus, P., Cazes, A., Chapellier, M., Charlieux, F., Dumoulin, L., Eitel, K., Filosofov, D., Foerster, N., Fourches, N., Garde, G., Gascon, J., Gerbier, G., Giuliani, A., Grollier, M., Gros, M., Hehn, L., Hervé, S., Heuermann, G., Humbert, V., De Jésus, M., Jin, Y., Jokisch, S., Juillard, A., Kéfélian, C., Kleifges, M., Kozlov, V., Kraus, H., Kudryavtsev, V. A., Le-Sueur, H., Lin, J., Mancuso, M., Marnieros, S., Menshikov, A., Navick, X. -F., Nones, C., Olivieri, E., Pari, P., Paul, B., Piro, M. -C., Poda, D. V., Queguiner, E., Robinson, M., Rodenas, H., Rozov, S., Sanglard, V., Schmidt, B., Scorza, S., Siebenborn, B., Tcherniakhovski, D., Vagneron, L., Weber, M., Yakushev, E., Zhang, X., Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers (IRFU), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Institut de Physique Nucléaire de Lyon (IPNL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3), Matière noire (MANOIR), Institut de Physique des 2 Infinis de Lyon (IP2I Lyon), Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Hélium : du fondamental aux applications (HELFA), Institut Néel (NEEL), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Centre de Sciences Nucléaires et de Sciences de la Matière (CSNSM), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Electronique (ElecLab), Cryogénie (Cryo), Laboratoire de photonique et de nanostructures (LPN), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), EDELWEISS, Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Hélium : du fondamental aux applications (NEEL - HELFA), Electronique (NEEL - ElecLab), and Cryogénie (NEEL - Cryo)

Subjects
Particle physics, Cosmology and Nongalactic Astrophysics (astro-ph.CO), Physics - Instrumentation and Detectors, Physics::Instrumentation and Detectors, Dark matter, FOS: Physical sciences, Astrophysics::Cosmology and Extragalactic Astrophysics, EDELWEISS, 01 natural sciences, High Energy Physics - Experiment, High Energy Physics - Experiment (hep-ex), WIMP, 0103 physical sciences, [PHYS.HEXP]Physics [physics]/High Energy Physics - Experiment [hep-ex], 010306 general physics, Elastic scattering, Physics, Range (particle radiation), 010308 nuclear & particles physics, Scattering, Astrophysics::Instrumentation and Methods for Astrophysics, Astronomy and Astrophysics, Instrumentation and Detectors (physics.ins-det), Weakly interacting massive particles, High Energy Physics::Experiment, Low Mass, Astrophysics - Cosmology and Nongalactic Astrophysics
Abstract

We present the results of a search for elastic scattering from galactic dark matter in the form of Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs) in the 4-30 GeV/$c^2$ mass range. We make use of a 582 kg-day fiducial exposure from an array of 800 g Germanium bolometers equipped with a set of interleaved electrodes with full surface coverage. We searched specifically for $\sim 2.5-20$ keV nuclear recoils inside the detector fiducial volume. As an illustration the number of observed events in the search for 5 (resp. 20) GeV/$c^2$ WIMPs are 9 (resp. 4), compared to an expected background of 6.1 (resp. 1.4). A 90% CL limit of $4.3\times 10^{-40}$ cm$^2$ (resp. $9.4\times 10^{-44}$ cm$^2$) is set on the spin-independent WIMP-nucleon scattering cross-section for 5 (resp. 20) GeV/$c^2$ WIMPs. This result represents a 41-fold improvement with respect to the previous EDELWEISS-II low-mass WIMP search for 7 GeV/$c^2$ WIMPs. The derived constraint is in tension with hints of WIMP signals from some recent experiments, thus confirming results obtained with different detection techniques., Matches published version

Published
2016

7. Scintillating bolometers based on ZnMoO$_4$ and Zn$^{100}$MoO$_4$ crystals to search for 0$\nu$2$\beta$ decay of $^{100}$Mo (LUMINEU project): first tests at the Modane Underground Laboratory

Author

Poda, D. V., Armengaud, E., Arnaud, Q., Augier, C., Benoît, A., Bergé, L., Boiko, R. S., Bergmann, T., Blümer, J., Broniatowski, A., Brudanin, V., Camus, P., Cazesb, A., Chapellier, M., Charlieux, F., Chernyak, D. M., Coron, N., Coulter, P., Danevich, F. A., de Boissière, T., Decourt, R., De Jesus, M., Devoyon, L., Drillien, A. A., Dumoulin, L., Eitel, K., Enss, C., Filosofov, D., Fleischmann, A., Foerster, N., Fourches, N., Gascon, J., Gastaldo, L., Gerbier, G., Giuliani, ANDREA ERNESTO GUIDO, Gray, D., Gros, M., Hehn, L., Henry, S., Hervé, S., Heuermann, G., Humbert, V., Ivanov, I. M., Juillard, A., Kéfélian, C., Kleifges, M., Kluck, H., Kobychev, V. V., Koskas, F., Kozlov, V., Kraus, H., Kudryavtsev, V. A., Le Sueur, H., Loidl, M., Magnier, P., Makarov, E. P., Mancuso, M., de Marcillac, P., Marnieros, S., Marrache Kikuchi, C., Menshikov, A., Nasonov, S. G., Navick, X. F., Nones, C., Olivieri, E., Pari, P., Paul, B., Penichot, Y., Pessina, G., Piro, M. C., Plantevin, O., Redon, T., Robinson, M., Rodrigues, M., Rozov, S., Sanglard, V., Schmidt, B., Scorza, S., Shlegel, V. N., Siebenborn, B., Strazzer, O., Tcherniakhovski, D., Tenconi, M., Torres, L., Tretyak, V. I., Vagneron, L., Vasiliev, Y. a. V., Velazquez, M., Viraphong, O., Walker, R. J., Weber, M., Yakushev, E., Zhang, X., Zhdankov, V. N., Girod, Dominique, Centre de Sciences Nucléaires et de Sciences de la Matière (CSNSM), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), CSNSM PS1, Centre de Spectrométrie Nucléaire et de Spectrométrie de Masse (CSNSM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre de Sciences Nucléaires et de Sciences de la Matière (CSNSM), Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers (IRFU), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Institut de Physique Nucléaire de Lyon (IPNL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3), CSNSM INSTRU, Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), CSNSM MECA, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11), EDELWEISS, LUMINEU program, Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre de Sciences Nucléaires et de Sciences de la Matière (CSNSM), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), and Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)

Subjects
Particle physics, Nuclear and High Energy Physics, Physics - Instrumentation and Detectors, Zinc molybdate, [PHYS.NEXP] Physics [physics]/Nuclear Experiment [nucl-ex], Scintillator, EDELWEISS, [PHYS.NEXP]Physics [physics]/Nuclear Experiment [nucl-ex], 7. Clean energy, 01 natural sciences, law.invention, Nuclear physics, Crystal, chemistry.chemical_compound, law, Double beta decay, 0103 physical sciences, Scintillating bolometer, 010306 general physics, Nuclear Experiment, Physics, 010308 nuclear & particles physics, Bolometer, Low counting experiment, ZnMoO4 crystal scintillator, chemistry, Underground laboratory, Neutrino
Abstract

The technology of scintillating bolometers based on zinc molybdate (ZnMoO$_4$) crystals is under development within the LUMINEU project to search for 0$\nu$2$\beta$ decay of $^{100}$Mo with the goal to set the basis for large scale experiments capable to explore the inverted hierarchy region of the neutrino mass pattern. Advanced ZnMoO$_4$ crystal scintillators with mass of $\sim$~0.3 kg were developed and Zn$^{100}$MoO$_4$ crystal from enriched $^{100}$Mo was produced for the first time by using the low-thermal-gradient Czochralski technique. One ZnMoO$_4$ scintillator and two samples (59 g and 63 g) cut from the enriched boule were tested aboveground at milli-Kelvin temperature as scintillating bolometers showing a high detection performance. The first results of the low background measurements with three ZnMoO$_4$ and two enriched detectors installed in the EDELWEISS set-up at the Modane Underground Laboratory (France) are presented., Comment: 7 pages, 5 figures, Contribution to the proceedings of the 37th International Conference on High Energy Physics (ICHEP 2014), Valencia, Spain, 2-9 July 2014

Published
2014

8. Development and underground test of radiopure ZnMoO4 scintillating bolometers for the LUMINEU 0 nu 2 beta project

Author

J. Gascon, R. J. Walker, O. Plantevin, A. A. Drillien, V.N. Shlegel, M. Gros, S. Marnieros, K. Eitel, V. Kozlov, Christian Enss, M. Kleifges, B. Paul, T. de Boissière, C. Nones, C. Augier, L. Hehn, E. Olivieri, E. Yakushev, P. Coulter, C. Kéfélian, V. Humbert, G. Gerbier, M. Rodrigues, M. Chapellier, N. Foerster, A. Giuliani, S. Scorza, V. B. Brudanin, G. Heuermann, T. Redon, F. Koskas, L. Dumoulin, P. de Marcillac, Claire A. Marrache-Kikuchi, P. Magnier, S. Hervé, N. Fourches, L. Vagneron, H. Kraus, V.N. Zhdankov, A. Menshikov, M.-C. Piro, Max Robinson, Y. Penichot, X-F. Navick, Matias Velázquez, I.M. Ivanov, V. V. Kobychev, P. Pari, A. Broniatowski, R. Decourt, A. Cazes, D. Filosofov, A. Fleischmann, Oudomsack Viraphong, O. Strazzer, Denis Tcherniakhovski, G. Pessina, D. Gray, L. Gastaldo, Noël Coron, M. Loidl, Ph. Camus, L. Bergé, Alain Benoit, E.P. Makarov, V. A. Kudryavtsev, D.M. Chernyak, S. Henry, E. Armengaud, L. Devoyon, B. Schmidt, F.A. Danevich, Ya.V. Vasiliev, J. Blümer, M. Mancuso, R.S. Boiko, M. De Jesus, M. Tenconi, S. V. Rozov, Marc Weber, D.V. Poda, V.I. Tretyak, H. Kluck, T. Bergmann, Q. Arnaud, H. Le Sueur, X. Zhang, V. Sanglard, B. Siebenborn, A. Juillard, S.G. Nasonov, F. Charlieux, L. Torres, Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers (IRFU), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Institut de Physique Nucléaire de Lyon (IPNL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3), Hélium : du fondamental aux applications (HELFA), Institut Néel (NEEL), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF), Centre de Sciences Nucléaires et de Sciences de la Matière (CSNSM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11), Kiev Institute for Nuclear Research (KINR), Ukrainian Academy of Sciences, Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Dzhelepov Laboratory of Nuclear Problems [Dubna] (DLNP), Joint Institute for Nuclear Research (JINR), Cryogénie (Cryo), Institut d'astrophysique spatiale (IAS), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), University of Oxford [Oxford], Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux (ICMCB), Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Kirchhoff Institute for Physics, Universität Heidelberg [Heidelberg], Nikolaev Institute of Inorganic Chemistry [Novosibirsk] (NIC), Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (SB RAS), University of Sheffield [Sheffield], Laboratoire National Henri Becquerel (LNHB), Département Métrologie Instrumentation & Information (DM2I), Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST), Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Service de physique de l'état condensé (SPEC - UMR3680), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano (INFN), Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Université de Bordeaux (UB), CML Ltd, ANR-12-BS05-0004,LUMINEU,Expérience souterraine avec détecteurs luminescents de molybdate de zinc pour l'étude de la masse et la nature des neutrinos(2012), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Hélium : du fondamental aux applications (NEEL - HELFA), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Cryogénie (NEEL - Cryo), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National d’Études Spatiales [Paris] (CNES), University of Oxford, Universität Heidelberg [Heidelberg] = Heidelberg University, Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Laboratoire d'Intégration des Systèmes et des Technologies (LIST (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Département d'instrumentation Numérique (DIN (CEA-LIST)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), HELFA - Hélium : du fondamental aux applications, Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), CSNSM PS1, Centre de Spectrométrie Nucléaire et de Spectrométrie de Masse (CSNSM), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre de Sciences Nucléaires et de Sciences de la Matière (CSNSM), Laboratory of Particle Physics (JINR-DUBNA), Joint Institute for Nuclear Research, Cryo - Cryogénie, Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Istituto Nazionale di Fisica Nucleare [Milano] (INFN), Joint Institute for Nuclear Research - Dubna, ANR-12-BS05-004,LUMINEU,Luminescent Underground Molybdenum Investigation for NEUtrino mass and nature, Armengaud, E, Arnaud, Q, Augier, C, Benoit, A, Berge, L, Boiko, R, Bergmann, T, Blumer, J, Broniatowski, A, Brudanin, V, Camus, P, Cazes, A, Chapellier, M, Charlieux, F, Chernyak, D, Coron, N, Coulter, P, Danevich, F, De Boissiere, T, Decourt, R, Jesus, M, Devoyon, L, Drillien, A, Dumoulin, L, Eitel, K, Enss, C, Filosofov, D, Fleischmann, A, Foerster, N, Fourches, N, Gascon, J, Gastaldo, L, Gerbier, G, Giuliani, A, Gray, D, Gros, M, Hehn, L, Henry, S, Herve, S, Heuermann, G, Humbert, V, Ivanov, I, Juillard, A, Kefelian, C, Kleifges, M, Kluck, H, Kobychev, V, Koskas, F, Kozlov, V, Kraus, H, Kudryavtsev, V, Sueur, H, Loidl, M, Magnier, P, Makarov, E, Mancuso, M, De Marcillac, P, Marnieros, S, Marrache-Kikuchi, C, Menshikov, A, Nasonov, S, Navick, X, Nones, C, Olivieri, E, Pari, P, Paul, B, Penichot, Y, Pessina, G, Piro, M, Plantevin, O, Poda, D, Redon, T, Robinson, M, Rodrigues, M, Rozov, S, Sanglard, V, Schmidt, B, Scorza, S, Shlegel, V, Siebenborn, B, Strazzer, O, Tcherniakhovski, D, Tenconi, M, Torres, L, Tretyak, V, Vagneron, L, Vasiliev, Y, Velazquez, M, Viraphong, O, Walker, R, Weber, M, Yakushev, E, Zhang, X, and Zhdankov, V

Subjects
gas and liquid scintillators), Zinc molybdate, Cryogenic detector, EDELWEISS, Scintillator, 01 natural sciences, Nuclear physics, CRYSTAL SCINTILLATORS, chemistry.chemical_compound, Double beta decay, 0103 physical sciences, Dilution refrigerator, [PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det], [PHYS.COND]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat], 010306 general physics, Instrumentation, GRADIENT CZOCHRALSKI TECHNIQUE, Mathematical Physics, Physics, TUNGSTATES, 010308 nuclear & particles physics, Hybrid detector, DOUBLE-BETA-DECAY, Hybrid detectors, Scintillators, scintillation and light emission processes (solid, gas and liquid scintillators), Double-beta decay detectors, Double-beta decay detector, DARK-MATTER SEARCH, scintillation and light emission processes (solid, RADIOACTIVE CONTAMINATION, Cryogenic detectors, chemistry, Scintillators, LUMINESCENCE, [PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci], PARTICLE PHYSICS, GROWTH, SINGLE-CRYSTALS, Neutrino, Isotopes of thorium, Radioactive decay
Abstract

International audience; The LUMINEU (Luminescent Underground Molybdenum Investigation for NEUtrino mass and nature) project envisages a high-sensitivity search for neutrinoless double beta (0 nu 2 beta) decay of Mo-100 with the help of scintillating bolometers based on zinc molybdate (ZnMoO4) crystals. One of the crucial points for the successful performance of this experiment is the development of a protocol for producing high quality large mass ZnMoO4 crystal scintillators with extremely high internal radiopurity. Here we report a significant progress in the development of large volume ZnMoO4 crystalline boules (with mass up to 1 kg) from deeply purified materials. We present and discuss the results achieved with two ZnMoO4 samples (with mass of about 0.3 kg each): one is a precursor of the LUMINEU project, while the other one was produced in the framework of LUMINEU with an improved purification / crystallization procedure. The two crystals were measured deep underground as scintillating bolometers in the EDELWEISS dilution refrigerator at the Laboratoire Souterrain de Modane (France) protected by a rock overburden corresponding to 4800 m w.e. The results indicate that both tested crystals are highly radiopure. However, the advanced LUMINEU sample shows a clear improvement with respect to the precursor, exhibiting only a trace internal contamination related with Po-210 at the level of 1 mBq/kg, while the activity of Ra-226 and Th-228 is below 0.005 mBq/kg. This demonstrates that the LUMINEU purification and crystal-growth procedures are very efficient and leads to radiopurity levels which exceedingly satisfy not only the LUMINEU goals but also the requirements of a next-generation 0 nu 2 beta experiment.

Published
2015

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