In vista del futuro esperimento CUPID numerose attività di R&D sono in corso per ottimizzare le prestazioni del rivelatore. CUPID è l'esperimento di prossima generazione per la ricerca del decadimento doppio beta senza neutrini che utilizzerà la stessa infrastruttura criogenica di CUORE. La principale innovazione rispetto al suo predecessore sarà l'utilizzo di cristalli scintillanti e rivelatori di luce.
Grazie alla lettura simultanea di luce e calore, è possibile identificare il tipo di particella interagente con i cristalli. L'obiettivo principale di CUPID è infatti di ottenere una condizione di background nullo, rigettando il fondo indotto da particella alpha, che si è dimostrato essere dominante in CUORE.
Con questo fine, diversi test di R&D sono in corso per misurare e incrementare la raccolta di luce utilizzando diverse configurazioni. I lettori di luce attualmente previsti per CUPID sono bolometri in germanio ricoperti da uno strato di SiO per aumentare l'assorbimento di fotoni. Alcuni studi teorici prevedono che alcuni materiali per il rivestimento, tra cui Nb2O5 e SiN, abbiano una percentuale di assorbimento della luce maggiore rispetto al SiO. Questo potrebbe aumentare la collezione di luce e quindi la capacità di discriminare gli eventi indotti da particelle alpha. Sono perciò necessarie, e rilevanti per gli obiettivi di CUPID, misure approfondite per confrontare la resa di luce ottenuta utilizzando diversi rivestimenti.
La ricerca proposta può avere importanti conseguenze per l'esperimento CUPID e non solo. Infatti lo sviluppo e l'ottimizzazione di rivelatori di luce capaci di operare a temperature criogeniche dell'ordine di 10mK può rivelarsi importante per altri esperimenti di fisica.
Nell'ambito dell'attività di R&D per CUPID sono sempre stati utilizzati rivelatori di luce bolometrici rivestiti con SiO, perciò non si conoscono ad oggi le potenzialità di un tipo diverso di rivestimento.
La tecnologia sviluppata per CUPID ha una storia relativamente recente, perciò si può pensare che ci sia ancora possibilità di miglioramento. CUPID-0 è stato il primo prototipo ad utilizzare con successo rivelatori di luce bolometrici affiancati a cristalli cilindrici di ZnSe. Successivamente CUPID-Mo ha testato lo stesso tipo di rivelatori con cristalli di Li2MoO4, come quelli che verranno utilizzati in CUPID. Quest'anno per la prima volta sono stati testati nella Sala C dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso rivelatori di luce, come quelli utilizzati in CUPID-0 e CUPID-Mo , ma con una forma quasi quadrata, per poter al meglio ricoprire le facce dei cristalli cubici. I risultati ottenuti promettono una discriminazione ottimale del fondo indotto da particella alpha nel caso di due rivelatori di luce funzionanti per ogni cristallo. Tuttavia, il malfunzionamento di un rivelatore di luce potrebbe compromettere la reiezione del fondo nel cristallo corrispondente.
Gli studi teorici mostrano che alle lunghezze d'onda di interesse altri materiali (SiN, Nb2O5) hanno un più alto assorbimento di fotoni. Ad esempio il rivestimento in Nb2O5 potrebbe aumentare la collezione di luce fino al 50% rispetto al SiO. Supponendo pari prestazioni in termini di uniformità della raccolta di luce, un fattore 50% nella resa di luce può migliorare significativamente il potere discriminante. Infatti, in molti dei casi studiati nell'ultimo test di R&D, considerando un singolo lettore di luce in assenza di foglio riflettente, è stato trovato un potere discriminante minore di 4 sigma. Aumentando la resa di luce del 50% è possibile portare questi valori sopra la soglia di 5 sigma, che garantirebbe una completa reiezione del fondo di particelle alpha. Se le misure avranno risultati positivi il nuovo rivestimento potrà essere preso in considerazione per il design finale di CUPID.