Matrice di rivelatori al germanio - Germanium Detector Array
Il Germanio Array Detector (o GERDA esperimento) è alla ricerca di decadimento doppio beta (0νββ) in Ge-76 alla metropolitana Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS). Ci si aspetta che il decadimento beta senza neutrini sia un processo molto raro se si verifica. La collaborazione prevede meno di un evento all'anno per chilogrammo di materiale, che appare come uno stretto picco intorno al valore Q 0νββ (Q ββ = 2039 keV) nello spettro di energia osservato. Ciò significa che è necessaria una schermatura di fondo per rilevare eventuali rari decadimenti. L' impianto LNGS ha 1400 metri di roccia ricoperta , equivalenti a 3000 metri di schermatura dell'acqua, riducendo la radiazione cosmica di fondo .
Dopo aver completato l'esperimento GERDA, la collaborazione GERDA si fonderà con la collaborazione MAJORANA per costruire un nuovo esperimento LEGENDA .
Design
L'esperimento utilizza diodi cristallini Ge arricchiti ad alta purezza ( HPGe ) come sorgente di decadimento beta e rilevatore di particelle . I rivelatori degli esperimenti HdM e Igex sono stati rielaborati e utilizzati nella fase 1. La matrice di rivelatori è sospesa in un criostato ad argon liquido rivestito di rame e circondato da un serbatoio di acqua ultra pura. I PMT nel serbatoio dell'acqua e gli scintillatori plastici sopra rilevano ed escludono i muoni di fondo . La discriminazione della forma dell'impulso (PSD) viene applicata come un taglio per discriminare tra i tipi di particelle.
La fase 2 aumenterà la massa attiva a 38 kg utilizzando 30 nuovi rilevatori di germanio ad alta energia (BEGe). È prevista una riduzione di magnitudo dello sfondo a 10 −3 conteggi / (keV · kg · anno) utilizzando materiali più puliti. Ciò aumenterà la sensibilità dell'emivita a 10-26 anni una volta acquisiti 100 kg · anno di dati e consentirà la valutazione della possibile espansione della scala delle tonnellate.
Risultati
La fase I ha raccolto i dati da novembre 2011 a maggio 2013, con esposizione di 21,6 kg · anno, ottenendo un limite di emivita di CL 0νββ al 90% di:
. Questo limite può essere combinato con i risultati precedenti, aumentandolo a 3 · 10 25 anni, sfavorendo l'affermazione di rilevamento Heidelberg-Mosca. È stato anche riportato un limite sulla massa effettiva del neutrino: m ν <400 meV.
È stata misurata anche l'emivita del doppio decadimento beta: T 2νββ = 1,84 · 10 21 anni.
La Fase II avrà rivelatori Ge arricchiti aggiuntivi e sfondo ridotto, aumentando la sensibilità di circa un ordine di grandezza.
La Fase II (7 stringhe, 35,8 kg di rivelatori arricchiti) è stata avviata nel dicembre 2015.
I risultati preliminari della Fase II sono stati pubblicati su Nature. L'indice di fondo per i rilevatori BEGe è 0,7 · 10 −3 conteggi / (keV · kg · anno), che si traduce in meno di un conteggio nella regione del segnale dopo un'esposizione di 100 kg · anno. Il limite attuale dell'emivita è T 1/2 = 5,3 · 10 25 anni (90% CL).
A partire dal 2018, la raccolta dei dati di Fase II continua.
Riferimenti
Pubblicazioni
- Collaborazione GERDA, Agostini M .; et al. (19 settembre 2013). "Risultati sul decadimento doppio β senza neutrini di 76 Ge dalla fase I dell'esperimento GERDA" (PDF) . Lettere di revisione fisica . 111 (12): 122503. arXiv : 1307.4720 . Bibcode : 2013PhRvL.111l2503A . doi : 10.1103 / PhysRevLett.111.122503 . PMID 24093254 .
- Collaborazione GERDA, Agostini M .; et al. (12 febbraio 2013). "Misura dell'emivita del doppio decadimento beta di due neutrini di 76 Ge con l'esperimento GERDA". Journal of Physics G . 40 (3): 035110. arXiv : 1212.3210 . Bibcode : 2013JPhG ... 40c5110T . doi : 10.1088 / 0954-3899 / 40/3/035110 . S2CID 119118050 .
- Collaborazione GERDA, Ackermann K.-H .; et al. (Marzo 2013). "L'esperimento GERDA per la ricerca del decadimento 0νββ in 76 Ge" . European Journal C fisica . 73 (3): 2330. arXiv : 1212.4067 . Bibcode : 2013EPJC ... 73.2330A . doi : 10.1140 / epjc / s10052-013-2330-0 .
- Collaborazione GERDA, Agostini M .; et al. (5 aprile 2017). "Ricerca senza sfondo per il decadimento doppio β senza neutrini di 76 Ge con GERDA". La natura . 544 (7648): 47–52. arXiv : 1703.00570 . Bibcode : 2017Natur.544 ... 47A . doi : 10.1038 / nature21717 . PMID 28382980 . S2CID 4456764 .
