The LHCb experiment has been taking data at the Large Hadron Collider (LHC) at CERN since the end of 2009. One of its key detector components is the Ring-Imaging Cherenkov (RICH) system. This provides charged particle identification over a wide momentum range, from 2–100 GeV/c. The operation and control, software, and online monitoring of the RICH system are described. The particle identification performance is presented, as measured using data from the LHC. Excellent separation of hadronic particle types (π, K, p) is achieved.

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: $^{130}$Te neutrinoless double-beta decay. Examining a total TeO$_2$ exposure of 86.3 kg$\cdot$yr, characterized by an effective energy resolution of (7.7 $\pm$ 0.5) keV FWHM and a background in the region of interest of (0.014 $\pm$ 0.002) counts/(keV$\cdot$kg$\cdot$yr), we find no evidence for neutrinoless double-beta decay. The median statistical sensitivity of this search is $7.0\times10^{24}$ yr. Including systematic uncertainties, we place a lower limit on the decay half-life of $T^{0\nu}_{1/2}$($^{130}$Te) > $1.3\times 10^{25}$ yr (90% C.L.). Combining this result with those of two earlier experiments, Cuoricino and CUORE-0, we find $T^{0\nu}_{1/2}$($^{130}$Te) > $1.5\times 10^{25}$ 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 $m_{\beta\beta}<(110 - 520)$ meV, where the range reflects the nuclear matrix element estimates employed.

We report the results of a search for neutrinoless double-beta decay in a 9.8 kg yr exposure of (130)Te using a bolometric detector array, CUORE-0. The characteristic detector energy resolution and background level in the region of interest are 5.1±0.3 keV FWHM and 0.058±0.004(stat)±0.002(syst)counts/(keV kg yr), respectively. The median 90% C.L. lower-limit half-life sensitivity of the experiment is 2.9×10(24) yr and surpasses the sensitivity of previous searches. We find no evidence for neutrinoless double-beta decay of (130)Te and place a Bayesian lower bound on the decay half-life, T(1/2)(0ν)>2.7×10(24) yr at 90% C.L. Combining CUORE-0 data with the 19.75 kg yr exposure of (130)Te from the Cuoricino experiment we obtain T(1/2)(0ν)>4.0×10(24) yr at 90% C.L. (Bayesian), the most stringent limit to date on this half-life. Using a range of nuclear matrix element estimates we interpret this as a limit on the effective Majorana neutrino mass, m(ββ)<270-760 meV.

Abstract TUPI (Timepix4-based Ultra-fast Photon Imaging) is the new family of direct conversion and vacuum-compatible hybrid detectors under design at Sirius, the Brazilian 4th generation light source. Based on the Timepix4 Application Specific Integrated Circuit (ASIC), it targets different kinds of experiments, such as tomography and spectrometry, and will be used in multiple bioimaging beamlines of Orion, Brazil's Biosafety Level 4 (BSL4) Laboratory project. Also, it will cover a wide energy range (5 to 45 keV) by using different sensors materials (Si, GaAs, CdTe, etc.). Designed in a modular approach to ensure scalability for constructing larger active areas in a compact form, each TUPI module will be composed by a set of 3x side-by-side Timepix4 ASICs to provide a sensitive area of approximately 74×28 mm 2 (1344×512 pixels of 55 μm pitch), streaming up to 44 kfps through up to 48×10.24 Gbps optical links directly connected to a Data Acquisition (DAQ) system.

Increasing the size and complexity of quantum information systems requires highly-multiplexed readout architectures, as well as amplifier chains operating near the quantum limit (QL) of added noise. While documented prior efforts in KITWPA integration in quantum systems are scarce, in this work we demonstrate integration of a KI-TWPA with a multiplexed-qubit device. To quantify the system noise improvement we perform an ac Stark shift calibration to precisely determine noise power levels on-chip (at each cavity's reference plane) and the total system gain. We then characterize the qubit state measurement fidelity and the corresponding signal-to-noise ratio (SNR). To conduct the most faithful measurement of the benefits offered by the KI-TWPA we perform these measurements for readout chains where the high electron mobility transistor (HEMT) amplifier is the first-stage amplifier (FSA) - with none of the external hardware required to operate the KI-TWPA - and with the KI-TWPA as the FSA. While some readout cavities fall outside the KI-TWPA bandwidth, for those inside the bandwidth we demonstrate a maximum improvement in the state measurement SNR by a factor of 1.45, and increase the fidelity from 96.2% to 97.8%. These measurements demonstrate a system noise below 5 quanta referenced on-chip and we bound the KI-TWPA excess noise to be below 4 quanta for the six cavities inside its bandwidth. These results show a promising path forward for realizing quantum-limited readout chains in large qubit systems using a single parametric amplifier.

Naturally occurring background radiation is a potential source of correlated decoherence events in superconducting qubits that will challenge error-correction schemes. In order to characterize the radiation environment in an unshielded laboratory representative of superconducting qubits’ environments, we performed broadband, spectroscopic measurements of background radiation events inside a millikelvin refrigerator. The spectrometer was designed to mimic the size and composition of a quantum circuit. Specifically, we measured the background radiation spectra in silicon substrates of two thicknesses, 500 and 1500 µm, and one area, 25 mm2. The observed spectra span energies from a few kilo-electron-volts up to nearly 10 MeV, are nearly featureless, and decrease in intensity by a factor of 40 000 between 100 keV and 3 MeV for the 500-µm substrate. We integrate the spectra to obtain the average event rates and deposited power levels. These quantities correspond to a rate of 0.023 events per second and a power of 4.9 keV s−1, when counting events that deposit at least 40 keV for the 500-µm-thick substrate. We find that the cryogenic measurements are in good agreement with predictions based on simple measurements of the terrestrial gamma-ray flux outside the refrigerator, published models of cosmic-ray fluxes, a crude model of the cryostat, and radiation-transport simulations. This model requires no free parameters to predict the background radiation spectra in the silicon substrates. The agreement between measurements and predictions demonstrates that the model we present can be used to assess the relative contributions of terrestrial and cosmic-ray sources to background radiation interactions in silicon substrates of varying thickness. These spectroscopic measurements are performed with a novel combination of superconducting microresonators located on micromachined silicon islands that define the interaction volume with background radiation. The resonators transduce deposited energy to a readily detectable electrical signal. Microresonator readout closely resembles dispersive superconducting qubit readout, so similar devices—with or without micromachined islands—are suitable for integration with superconducting quantum circuits as detectors for background radiation events. For our specific laboratory conditions, we find that gamma-ray emissions from radioisotopes are responsible for the majority of events that deposit E<1MeV. We present results demonstrating that the background radiation spectrum contains relevant contributions from cosmic-ray particles other than muons, particularly a tail of multi-mega-electron-volt events due to protons and neutrons. These observations suggest several paths to reducing the impact of background radiation on quantum circuits, supported by an empirically validated model for generating reliable predictions of radiation interactions with silicon substrates. Published by the American Physical Society 2024

Abstract Single-photon detectors based on the superconducting transition-edge sensor are used in a number of visible to near-infrared applications, particularly for photon-number-resolving measurements in quantum information science. To be practical for large-scale spectroscopic imaging or photonic quantum computing applications, the size of visible to near-infrared transition-edge sensor arrays and their associated readouts must be increased from a few pixels to many thousands. In this manuscript, we introduce the kinetic inductance current sensor, a scalable readout technology that exploits the nonlinear kinetic inductance in a superconducting resonator to make sensitive current measurements. Kinetic inductance current sensors can replace superconducting quantum interference devices for many applications because of their ability to measure fast, high slew-rate signals, their compatibility with standard microwave frequency-division multiplexing techniques, and their relatively simple fabrication. Here, we demonstrate the readout of a visible to near-infrared transition-edge sensor using a kinetic inductance current sensor with 3.7 MHz of bandwidth. We measure a readout noise of $$1.4\,{{{\rm{pA}}}}/\sqrt{{{{\rm{Hz}}}}}$$ 1.4  pA /  Hz  , considerably below the detector noise at frequencies of interest, and an energy resolution of (0.137 ± 0.001) eV at 0.8 eV, comparable to resolutions observed with non-multiplexed superconducting quantum interference device readouts.