Affinché possano funzionare, i rivelatori di CUORE e la loro schermatura devono esser raffreddati a una temperatura di circa 10 mK. A questo scopo, abbiamo progettato uno dei più grossi refrigeratori a diluizione mai costruiti. Questo strumento ha un potere refrigerante così elevato che, una volta in funzione, consente di creare il metro cubo più freddo nell'Universo conosciuto in pochi giorni!

Per raggiungere temperature di pochi  mK sopra lo zero assoluto, il criostato passa attraverso diversi stadi di raffreddamento. I primi passaggi, che consentono di arrivare a pochi K, possono essere realizzati utilizzando liquidi criogenici (come l'elio liquido) o attraverso dei macchinari detti "pulse tube cryocoolers". CUORE ha optato per quest'ultima scelta, che consente di mantenere temperature stabili per anni senza dover continuamente reintegrare la frazione di liquido che evapora nel tempo. Per l'ultimo stadio di raffreddamento, con il quale si raggiungono pochi  mK, i refrigeratori a diluizione sfruttano le particolari proprietà di due isotopi dell'elio, ³He e ⁴He. A temperature molto basse, una miscela di questi due isotopi si separa spontaneamente in due fasi, come se mischiassimo olio ed acqua. Queste fasi sono note come la fase concentrata, formata principalmente da ³He, e la fase diluita, formata principalmente da ⁴He. Attraverso una pompa posta fuori dal criostato possiamo portare ³He dalla fase concentrata a quella diluita. Continuando a pompare ³He acceleriamo il cambiamento di fase, un po' come quando, soffiando via il vapore dalla tazza di te, incoraggiamo altro liquido ad evaporare, raffreddando così la nostra tazza di te. Questo processo, che per avvenire assorbe energia, è alla base del raffreddamento del refrigeratore. La frazione di ³He estratta attraverso la pompa viene poi re-iniettata all'interno della miscela, chiudendo il circuito.

Nella fisica delle basse temperature si utilizzano spesso refrigeratori a diluizione, che tipicamente hanno spazi sperimentali dell'ordine di qualche decina di centimetri cubi. Tuttavia, lo spazio sperimentale necessario per il rivelatore di CUORE si aggira sul metro cubo, perché abbiamo a che fare con una tonnellata di cristalli e rame, e ci sono svariate tonnellate di schermi di rame e piombo che devono essere raffreddati a diversi stadi di temperatura. Inoltre, il rivelatore è estremamente sensibile a qualunque contaminazione radioattiva, quindi ogni parte del criostato deve essere costruita con materiali molto radio-puri. Per questi motivi, la realizzazione del refrigeratore di CUORE è stata una vera sfida tecnologica.

Per sopprimere anche il fondo radioattivo dovuto alle naturali contaminazioni dall'ambiente del laboratorio, il criostato è circondato da uno schermo ottagonale di piombo, contro le radiazioni gamma, e da uno strato di polietilene borato, che consente di schermare i neutroni. Parte del piombo usato per gli schermi più vicini al rivelatore è stato ricavato da piombo di epoca romana, recuperato da una nave affondata nel mare della Sardegna. Per ulteriori informazioni, potete consultare Piombo romano da Nobel.