DOE OSTI · 3391121
Reconstruction of cosmic-ray muon events with CUORE
Abstract
We report the in-situ 3D reconstruction of through-going muons in the CUORE experiment, a cryogenic calorimeter array searching for neutrinoless double beta (0vββ) decay, leveraging the segmentation of the detector. Due to the slow time response of the detector, time-of-flight estimation is not feasible. Therefore, the track reconstruction is performed using a multi-objective optimization algorithm that relies on geometrical information from the detector as a whole. We measure the integral flux of cosmic-ray muons underground at the Laboratori Nazionali del Gran Sasso, and find our value to be in good agreement with other experiments that have performed a similar measurement. To our knowledge, this work represents the first demonstration of 3D particle tracking and reconstruction of through-going muons with per-event angular determination in a millikelvin cryogenic detector array. The analysis performed for this work will be critical for validating the muon-related background in CUPID, a next-generation 0vββ experiment, and for follow-up studies on detector response and on delayed products induced by cosmic-ray muons.
Keep this discovery
Adams, D. Q. [University of South Carolina], Alduino, C. [University of South Carolina], Alfonso, K. [Lawrence Berkeley National Laboratory; Center for Neutrino Physics, Virginia Polytechnic Institute and State University], Armatol, A. [Lawrence Berkeley National Laboratory], 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. [Università di Milano-Bicocca; INFN-Sezione di Milano Bicocca], Biassoni, M. [INFN-Sezione di Milano Bicocca], Branca, A. [Università di Milano-Bicocca; INFN-Sezione di Milano Bicocca], Brandani, E. D. [University of California, Berkeley], Brofferio, C. [Università di Milano-Bicocca; INFN-Sezione di Milano Bicocca], Bucci, C. [INFN-Laboratori Nazionali del Gran Sasso], Camilleri, J. [Center for Neutrino Physics, Virginia Polytechnic Institute and State University], Caminata, A. [INFN-Sezione di Genova], Campani, A. [INFN-Sezione di Genova; Università di Genova], Cao, J. [Fudan University], Capelli, S. [Università di Milano-Bicocca; INFN-Sezione di Milano Bicocca], 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], Chiesa, D. [Università di Milano-Bicocca; INFN-Sezione di Milano Bicocca], Chu, Y. [Gran Sasso Science Institute; INFN-Laboratori Nazionali del Gran Sasso], 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], Dell’Oro, S. [Università di Milano-Bicocca; INFN-Sezione di Milano Bicocca], Di Domizio, S. [INFN-Sezione di Genova; Università di Genova], Di Lorenzo, S. [INFN-Laboratori Nazionali del Gran Sasso], Fang, D. Q. [Fudan University], Faverzani, M. [Università di Milano-Bicocca; INFN-Sezione di Milano Bicocca], Ferri, E. [INFN-Sezione di Milano Bicocca], Ferroni, F. [INFN-Sezione di Roma; Gran Sasso Science Institute], 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, Berkeley], Fu, S. H. [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; Massachusetts Institute of Technology], Giachero, A. [Università di Milano-Bicocca; INFN-Sezione di Milano Bicocca], Girola, M. [Università di Milano-Bicocca; INFN-Sezione di Milano Bicocca], Gironi, L. [Università di Milano-Bicocca; INFN-Sezione di Milano Bicocca], Giuliani, A. [Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab], Gorla, P. [INFN-Laboratori Nazionali del Gran Sasso], Gotti, C. [INFN-Sezione di Milano Bicocca], Guillaumon, P. V. [INFN-Laboratori Nazionali del Gran Sasso; Instituto de Física, Universidade de São Paulo], Gutierrez, T. D. [California Polytechnic State University], Han, K. [INPAC and School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai Laboratory for Particle Physics and Cosmology], Hansen, E. V. [University of California, Berkeley], Heeger, K. M. [Yale University], Helis, D. L. [INFN-Laboratori Nazionali del Gran Sasso], Huang, H. Z. [University of California], Hurst, M. T. [University of Pittsburgh], Keppel, G. [INFN-Laboratori Nazionali di Legnaro], Kolomensky, Yu. G. [Lawrence Berkeley National Laboratory; University of California, Berkeley], Kowalski, R. [The Johns Hopkins University], Liu, R. [Yale University], Ma, L. [Fudan University; University of California], Ma, Y. G. [Fudan University], Marini, L. [INFN-Laboratori Nazionali del Gran Sasso], Maruyama, R. H. [Yale University], Mayer, D. [Lawrence Berkeley National Laboratory; University of California, Berkeley], 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. [IRFU, CEA, Université Paris-Saclay], Norman, E. B. [University of California, Berkeley], Nucciotti, A. [Università di Milano-Bicocca; INFN-Sezione di Milano Bicocca], Nutini, I. [INFN-Sezione di Milano Bicocca], O’Donnell, T. [Center for Neutrino Physics, Virginia Polytechnic Institute and State University], Olmi, M. [INFN-Laboratori Nazionali del Gran Sasso], 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. [INFN-Sezione di Genova; Università di Genova], Pattavina, L. [Università di Milano-Bicocca; INFN-Sezione di Milano Bicocca], 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], 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; Università di Milano-Bicocca; INFN-Sezione di Milano Bicocca], Ressa, A. [INFN-Sezione di Roma], Rosenfeld, C. [University of South Carolina], Schmidt, B. [IRFU, CEA, Université Paris-Saclay], Serino, R. [Université Paris-Saclay, CNRS/IN2P3, IJCLab], Shaikina, A. [Gran Sasso Science Institute; INFN-Laboratori Nazionali del Gran Sasso], Sharma, V. [University of Pittsburgh], Singh, V. [University of California, Berkeley], Sisti, M. [INFN-Sezione di Milano Bicocca]. 2026-07-03. Reconstruction of cosmic-ray muon events with CUORE. https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-026-15737-6
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