Search NASA⌕ Search

DOE OSTI · 3003702

Search for Fractionally Charged Particles with CUORE

Adams, D. Q. [University of South Carolina]·Alduino, C. [University of South Carolina]·Alfonso, K. [Virginia Polytechnic Institute and State University]·Avignone, F. T. [University of South Carolina]·Azzolini, O. [INFN—Laboratori Nazionali di Legnaro]·Bari, G. [INFN—Sezione di Bologna]·Bellini, F. [Sapienza Università di Roma; INFN—Sezione di Roma]·Benato, G. [Gran Sasso Science Institute; INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso]·Beretta, M. [University of California]·Biassoni, M. [INFN—Sezione di Milano Bicocca]·Branca, A. [Università di Milano-Bicocca; INFN—Sezione di Milano Bicocca]·Brofferio, C. [Università di Milano-Bicocca; INFN—Sezione di Milano Bicocca]·Bucci, C. [INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso] (ORCID:0000000245282924)·Camilleri, J. [Virginia Polytechnic Institute and State University]·Caminata, A. [INFN—Sezione di Genova]·Campani, A. [Università di Genova; INFN—Sezione di Genova]·Cao, J. [Fudan University]·Capelli, S. [Università di Milano-Bicocca; INFN—Sezione di Milano Bicocca]·Capelli, C. [Lawrence Berkeley National Laboratory]·Cappelli, L. [INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso]·Cardani, L. [INFN—Sezione di Roma]·Carniti, P. [Università di Milano-Bicocca; INFN—Sezione di Milano Bicocca]·Casali, N. [INFN—Sezione di Roma]·Celi, E. [Gran Sasso Science Institute; INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso]·Chiesa, D. [Università di Milano-Bicocca; INFN—Sezione di Milano Bicocca]·Clemenza, M. [INFN—Sezione di Milano Bicocca]·Copello, S. [INFN—Sezione di Pavia]·Cremonesi, O. [INFN—Sezione di Milano Bicocca]·Creswick, R. J. [University of South Carolina]·D’Addabbo, A. [INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso]·Dafinei, I. [INFN—Sezione di Roma]·Del Corso, F. [Alma Mater Studiorum—Università di Bologna; INFN—Sezione di Bologna]·Dell’Oro, S. [Università di Milano-Bicocca; INFN—Sezione di Milano Bicocca]·Di Domizio, S. [Università di Genova; INFN—Sezione di Genova]·Di Lorenzo, S. [INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso]·Dixon, T. [Université Paris-Saclay]·Dompè, V. [Sapienza Università di Roma; INFN—Sezione di Roma]·Fang, D. Q. [Fudan University]·Fantini, G. [Sapienza Università di Roma; INFN—Sezione di Roma]·Faverzani, M. [Università di Milano-Bicocca; INFN—Sezione di Milano Bicocca]·Ferri, E. [INFN—Sezione di Milano Bicocca]·Ferroni, F. [Gran Sasso Science Institute; INFN—Sezione di Roma]·Fiorini, E. [Università di Milano-Bicocca; INFN—Sezione di Milano Bicocca]·Franceschi, M. A. [INFN—Laboratori Nazionali di Frascati]·Freedman, S. J. [Lawrence Berkeley National Laboratory; University of California]·Fu, S. H. [Fudan University; INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso]·Fujikawa, B. K. [Lawrence Berkeley National Laboratory]·Ghislandi, S. [Gran Sasso Science Institute; INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso]·Giachero, A. [Università di Milano-Bicocca; INFN—Sezione di Milano Bicocca]·Girola, M. [Università di Milano-Bicocca]·Gironi, L. [Università di Milano-Bicocca; INFN—Sezione di Milano Bicocca]·Giuliani, A. [Université Paris-Saclay]·Gorla, P. [INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso]·Gotti, C. [INFN—Sezione di Milano Bicocca]·Guillaumon, P. V. [INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso]·Gutierrez, T. D. [California Polytechnic State University]·Han, K. [Shanghai Jiao Tong University; Shanghai Laboratory for Particle Physics and Cosmology]·Hansen, E. V. [University of California]·Heeger, K. M. [Yale University]·Helis, D. L. [Gran Sasso Science Institute; INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso]·Huang, H. Z. [University of California]·Keppel, G. [INFN—Laboratori Nazionali di Legnaro]·Kolomensky, Yu. G. [University of California; Lawrence Berkeley National Laboratory]·Kowalski, R. [The Johns Hopkins University]·Liu, R. [Yale University]·Ma, L. [Fudan University; University of California]·Ma, Y. G. [Fudan University]·Marini, L. [Gran Sasso Science Institute; INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso]·Maruyama, R. H. [Yale University]·Mayer, D. [Massachusetts Institute of Technology]·Mei, Y. [Lawrence Berkeley National Laboratory]·Moore, M. N. [Yale University]·Napolitano, T. [INFN—Laboratori Nazionali di Frascati]·Nastasi, M. [Università di Milano-Bicocca; INFN—Sezione di Milano Bicocca]·Nones, C. [Université Paris-Saclay]·Norman, E. B. [University of California]·Nucciotti, A. [Università di Milano-Bicocca; INFN—Sezione di Milano Bicocca]·Nutini, I. [INFN—Sezione di Milano Bicocca]·O’Donnell, T. [Virginia Polytechnic Institute and State University]·Olmi, M. [INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso]·Oregui, B. T. [The Johns Hopkins University]·Ouellet, J. L. [Massachusetts Institute of Technology]·Pagan, S. [Yale University]·Pagliarone, C. E. [INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso; Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale]·Pagnanini, L. [Gran Sasso Science Institute; INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso]·Pallavicini, M. [Università di Genova; INFN—Sezione di Genova]·Pattavina, L. [INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso]·Pavan, M. [Università di Milano-Bicocca; INFN—Sezione di Milano Bicocca]·Pessina, G. [INFN—Sezione di Milano Bicocca]·Pettinacci, V. [INFN—Sezione di Roma]·Pira, C. [INFN—Laboratori Nazionali di Legnaro]·Pirro, S. [INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso]·Pottebaum, E. G. [Yale University]·Pozzi, S. [INFN—Sezione di Milano Bicocca; Università di Milano-Bicocca]·Previtali, E. [Università di Milano-Bicocca; INFN—Sezione di Milano Bicocca]·Puiu, A. [INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso]·Quitadamo, S. [Gran Sasso Science Institute; INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso]·Ressa, A. [Sapienza Università di Roma; INFN—Sezione di Roma]·Rosenfeld, C. [University of South Carolina]·Schmidt, B. [Université Paris-Saclay]

Abstract

The Cryogenic Underground Observatory for Rare Events (CUORE) is a detector array comprised by 988 5 cm × 5 cm × 5 cm TeO 2 crystals held below 20 mK, primarily searching for neutrinoless double-beta decay in 130 Te. Unprecedented in size among cryogenic calorimetric experiments, CUORE provides a promising setting for the study of exotic throughgoing particles. Using the first tonne year of CUORE’s exposure, we perform a search for hypothesized fractionally charged particles (FCPs), which are well-motivated by various standard model extensions and would have suppressed interactions with matter. Across the searched range of charges 𝑒/24−𝑒/2 no excess of FCP candidate tracks is observed over background, setting leading limits on the underground FCP flux with charges 𝑒/24 −𝑒/5 at 90% confidence level. Using the low background environment and segmented geometry of CUORE, we establish the sensitivity of tonne-scale subkelvin detectors to diverse signatures of new physics.

Explore related subjects

Keep this discovery

Explore connections, maps & timelines

BibTeXRIS

Adams, D. Q. [University of South Carolina], Alduino, C. [University of South Carolina], Alfonso, K. [Virginia Polytechnic Institute and State University], Avignone, F. T. [University of South Carolina], Azzolini, O. [INFN—Laboratori Nazionali di Legnaro], Bari, G. [INFN—Sezione di Bologna], Bellini, F. [Sapienza Università di Roma; INFN—Sezione di Roma], Benato, G. [Gran Sasso Science Institute; INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso], Beretta, M. [University of California], Biassoni, M. [INFN—Sezione di Milano Bicocca], Branca, A. [Università di Milano-Bicocca; INFN—Sezione di Milano Bicocca], Brofferio, C. [Università di Milano-Bicocca; INFN—Sezione di Milano Bicocca], Bucci, C. [INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso] (ORCID:0000000245282924), Camilleri, J. [Virginia Polytechnic Institute and State University], Caminata, A. [INFN—Sezione di Genova], Campani, A. [Università di Genova; INFN—Sezione di Genova], Cao, J. [Fudan University], Capelli, S. [Università di Milano-Bicocca; INFN—Sezione di Milano Bicocca], Capelli, C. [Lawrence Berkeley National Laboratory], Cappelli, L. [INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso], Cardani, L. [INFN—Sezione di Roma], Carniti, P. [Università di Milano-Bicocca; INFN—Sezione di Milano Bicocca], Casali, N. [INFN—Sezione di Roma], Celi, E. [Gran Sasso Science Institute; INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso], Chiesa, D. [Università di Milano-Bicocca; INFN—Sezione di Milano Bicocca], Clemenza, M. [INFN—Sezione di Milano Bicocca], Copello, S. [INFN—Sezione di Pavia], Cremonesi, O. [INFN—Sezione di Milano Bicocca], Creswick, R. J. [University of South Carolina], D’Addabbo, A. [INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso], Dafinei, I. [INFN—Sezione di Roma], Del Corso, F. [Alma Mater Studiorum—Università di Bologna; INFN—Sezione di Bologna], Dell’Oro, S. [Università di Milano-Bicocca; INFN—Sezione di Milano Bicocca], Di Domizio, S. [Università di Genova; INFN—Sezione di Genova], Di Lorenzo, S. [INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso], Dixon, T. [Université Paris-Saclay], Dompè, V. [Sapienza Università di Roma; INFN—Sezione di Roma], Fang, D. Q. [Fudan University], Fantini, G. [Sapienza Università di Roma; INFN—Sezione di Roma], Faverzani, M. [Università di Milano-Bicocca; INFN—Sezione di Milano Bicocca], Ferri, E. [INFN—Sezione di Milano Bicocca], Ferroni, F. [Gran Sasso Science Institute; INFN—Sezione di Roma], Fiorini, E. [Università di Milano-Bicocca; INFN—Sezione di Milano Bicocca], Franceschi, M. A. [INFN—Laboratori Nazionali di Frascati], Freedman, S. J. [Lawrence Berkeley National Laboratory; University of California], Fu, S. H. [Fudan University; INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso], Fujikawa, B. K. [Lawrence Berkeley National Laboratory], Ghislandi, S. [Gran Sasso Science Institute; INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso], Giachero, A. [Università di Milano-Bicocca; INFN—Sezione di Milano Bicocca], Girola, M. [Università di Milano-Bicocca], Gironi, L. [Università di Milano-Bicocca; INFN—Sezione di Milano Bicocca], Giuliani, A. [Université Paris-Saclay], Gorla, P. [INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso], Gotti, C. [INFN—Sezione di Milano Bicocca], Guillaumon, P. V. [INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso], Gutierrez, T. D. [California Polytechnic State University], Han, K. [Shanghai Jiao Tong University; Shanghai Laboratory for Particle Physics and Cosmology], Hansen, E. V. [University of California], Heeger, K. M. [Yale University], Helis, D. L. [Gran Sasso Science Institute; INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso], Huang, H. Z. [University of California], Keppel, G. [INFN—Laboratori Nazionali di Legnaro], Kolomensky, Yu. G. [University of California; Lawrence Berkeley National Laboratory], Kowalski, R. [The Johns Hopkins University], Liu, R. [Yale University], Ma, L. [Fudan University; University of California], Ma, Y. G. [Fudan University], Marini, L. [Gran Sasso Science Institute; INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso], Maruyama, R. H. [Yale University], Mayer, D. [Massachusetts Institute of Technology], Mei, Y. [Lawrence Berkeley National Laboratory], Moore, M. N. [Yale University], Napolitano, T. [INFN—Laboratori Nazionali di Frascati], Nastasi, M. [Università di Milano-Bicocca; INFN—Sezione di Milano Bicocca], Nones, C. [Université Paris-Saclay], Norman, E. B. [University of California], Nucciotti, A. [Università di Milano-Bicocca; INFN—Sezione di Milano Bicocca], Nutini, I. [INFN—Sezione di Milano Bicocca], O’Donnell, T. [Virginia Polytechnic Institute and State University], Olmi, M. [INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso], Oregui, B. T. [The Johns Hopkins University], Ouellet, J. L. [Massachusetts Institute of Technology], Pagan, S. [Yale University], Pagliarone, C. E. [INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso; Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale], Pagnanini, L. [Gran Sasso Science Institute; INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso], Pallavicini, M. [Università di Genova; INFN—Sezione di Genova], Pattavina, L. [INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso], Pavan, M. [Università di Milano-Bicocca; INFN—Sezione di Milano Bicocca], Pessina, G. [INFN—Sezione di Milano Bicocca], Pettinacci, V. [INFN—Sezione di Roma], Pira, C. [INFN—Laboratori Nazionali di Legnaro], Pirro, S. [INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso], Pottebaum, E. G. [Yale University], Pozzi, S. [INFN—Sezione di Milano Bicocca; Università di Milano-Bicocca], Previtali, E. [Università di Milano-Bicocca; INFN—Sezione di Milano Bicocca], Puiu, A. [INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso], Quitadamo, S. [Gran Sasso Science Institute; INFN—Laboratori Nazionali del Gran Sasso], Ressa, A. [Sapienza Università di Roma; INFN—Sezione di Roma], Rosenfeld, C. [University of South Carolina], Schmidt, B. [Université Paris-Saclay]. 2024-12-12. Search for Fractionally Charged Particles with CUORE. https://doi.org/10.1103/physrevlett.133.241801

Cite the original work for its findings. Save a collection to share your selection of sources.

KEEP EXPLORING

Related reports

SMEFT ATLAS: The landscape beyond the Standard Model

The Standard Model Effective Field Theory (SMEFT) based on the unbroken gauge group SU(3) 𝐶 ⊗SU(2) 𝐿 ⊗U(1) 𝑌 and containing only particles of the Standard Model (SM) has developed in the last decade to a mature field. It is the framework to be used in the energy gap from scales sufficiently higher than the electroweak scale up to the lowest energy scale at which new particles show up. We summarize the present status of this theory with a particular emphasize on its role in the indirect search for new physics (NP). While flavour physics of both quarks and leptons is the main topic of our review, we also discuss electric dipole moments, anomalous magnetic moments (𝑔−2) 𝜇,𝑒 , 𝑍-pole observables, Higgs observables and high-𝑝𝑇 scattering processes within the SMEFT. We group the observables into ten classes and list for each class the most relevant operators and the corresponding renormalization group equations (RGEs). We exhibit the correlations between different classes implied both by the operator mixing and the SU(2) 𝐿 gauge symmetry. Our main goal is to provide an insight into the complicated operator structure of this framework which hopefully will facilitate the identification of valid ultraviolet completions behind possible anomalies observed in future data. Numerous colourful charts, and 85 tables, while representing rather complicated RG evolution from the NP scale down to the electroweak scale, beautify the involved SMEFT landscape. Over 1000 references to the literature underline the importance and the popularity of this field. We discuss both top-down and bottom-up approaches as well as their interplay. This allows us eventually to present an atlas of different landscapes beyond the SM that includes heavy gauge bosons and scalars, vector-like quarks and leptons and leptoquarks.

72 PHYSICS OF ELEMENTARY PARTICLES AND FIELDS↗

Exploring the Energy Frontier through Precision Tests and Fast Tracking with the CMS Detector (Final Technical Report)

This Early Career Award supported a research program using the CMS experiment at the CERN LHC to probe physics beyond the Standard Model in the top quark and Higgs boson sectors, alongside detector and trigger developments for the High-Luminosity LHC (HL-LHC) upgrade. The program (i) searched for charged lepton flavor violation (LFV) in the top quark sector with the full CMS Run-2 data set, placing the world’s strongest limits to date on the $t → eµq\ (q = u/c)$ branching fraction; (ii) developed preliminary analysis methods toward a boosted $t\bar{t}H(b\bar{b})$ measurement of the top quark Yukawa coupling and its CP properties; (iii) made leading contributions to the hardware-based Level-1 (L1) track finding system for the upgraded CMS detector for HL-LHC; and (iv) developed novel L1 trigger algorithms, notably a displaced vertex trigger enabling new searches for exotic long-lived particles.

72 PHYSICS OF ELEMENTARY PARTICLES AND FIELDS↗

Atmospheric pion, kaon, and muon fluxes for sub-orbital experiments

Cosmic rays interacting with the Earth's atmosphere generate extensive air showers, which produce Cherenkov, fluorescence and radio emissions. These emissions are key signatures for detection by ground-based, sub-orbital, and satellite-based telescopes aiming to study high energy cosmic ray and neutrino events. However, detectors operating at ground and balloon altitudes are also exposed to a background of atmospheric charged particles, primarily pions, kaons, and muons, that can mimic or obscure the signals from astrophysical sources. In this work, we use coupled cascade equations to calculate the atmospheric pion, kaon and muon fluxes reaching detectors at various altitudes. Our analysis focuses on energies above 10 GeV, where the influence of the Earth's magnetic field on particle trajectories is minimal. We provide angular and energy-resolved flux estimates and discuss their relevance as background for extensive air shower detection. Furthermore, our results are potentially relevant for interpreting data from current and future balloon-borne experiments such as EUSO-SPB2 and for refining trigger and veto strategies in Cherenkov and fluorescence telescopes.

72 PHYSICS OF ELEMENTARY PARTICLES AND FIELDS↗