Pulse shape discrimination studies with a Broad-Energy Germanium detector for signal identification and background suppression in the GERDA double beta decay experiment
首次研究了宽能锗（BEGe）探测器的事件鉴别。一种新的脉冲形状的方法，利用BEGe探测器内的特征电场分布，允许有效地识别单站点事件和拒绝多站点事件。第一种是典型的无中微子双β衰变（0-nu-2-β），后者是来自γ射线相互作用的背景。在能量接近Q（76 Ge）= 2039 keV的背景下，60 Co、226 Ra和228 Th的本底存活概率分别为0.93%、21%和40%。这种背景抑制实现了89%的接受228 Th双逃逸事件，这是由单网站的相互作用为主。对于0-nu-2-β-衰变事件，预期接受度大致相等。准直束和康普顿符合测量表明，歧视是在很大程度上独立于晶体内的相互作用的位置，并验证了脉冲形状切割的能量范围内的Q（76 Ge）。目前正在研究将BEGe探测器应用于GERDA和Majorana双β衰变实验。
2009-09-22 nucl-ex physics.ins-det
A Segmented, Enriched N-type Germanium Detector for Neutrinoless Double Beta-Decay Experiments
我们目前的数据表征的第一个分段，N型锗探测器，同位素富集到85% $^{76}$锗的性能。该探测器基于Ortec PT 6x 2设计，被称为SEGA（分段富集锗组件），由{ \sc Majorana}合作开发，作为无中微子双β衰变测量的可能原型。我们提出了一些一般特性（包括偏置电位，效率，漏电流，和积分串扰），这个探测器在其临时低温恒温器。我们还提出了一个分析的检测器的分辨率，并证明，所有，但两个部分有至少一个通道，达到{ \sc马约拉纳}分辨率目标低于4千电子伏的FWHM在2039千电子伏，所有通道均低于4.5千电子伏的FWHM。
2013-04-19 nucl-ex physics.ins-det
Status of the GERDA experiment aimed to search for neutrinoless double beta decay of 76Ge
介绍了国际新的锗探测器阵列实验的进展情况。本实验的主要目的是寻找~（76）Ge的无中微子双β衰变。实验装置正在LNGS地下实验室建设中。Gerda将使用位于液态氩中的裸锗半导体探测器（富含76 Ge）。在第一阶段，将使用以前海德堡-莫斯科和IGEX实验的现有浓缩探测器，在第二阶段，将增加用最近生产的浓缩材料制成的新的分段探测器。开发了用于背景抑制的新概念，包括探测器分割和与LAr闪烁的反符合。
2008-12-22 nucl-ex
Cosmogenic activation of Germanium and its reduction for low background experiments
利用宇宙射线的核活性组分从稳定的锗同位素产生$^{60}$ Co和$^{68}$ Ge是新一代$^{76}$ Ge双β衰变实验如GERDA和Majorana的主要背景源。预计最大量的宇宙起源活动将在浓缩材料或已经生长的晶体的运输过程中产生。本文讨论了活动铁屏蔽的性能和可行性。用SHIELD程序模拟了一个简单的圆柱形结构，预测活化减少因子约为10。这足以满足GERDA第二阶段的背景要求。考虑了进一步增加折减系数和物理限制的可能性。强调了锗提纯和探测器制造过程中活化还原的重要性。
2005-11-28 nucl-ex
Pulse shapes from electron and photon induced events in segmented high-purity germanium detectors
为寻找无中微子双β衰变而建立的实验，其灵敏度不仅受到曝光量的限制，而且还受到所遇到的背景量的限制。探测器周围的放射性同位素会发出伽马辐射，预计将成为锗探测器阵列（GERDA）的重要背景源。本文介绍了在锗探测器中选择电子感生事件和鉴别光子感生事件的方法。该方法是基于对检测器响应的时间结构的分析。使用分段的GERDA原型探测器获取数据。结果表明，对探测器时间响应的分析可以用来区分多次散射光子和电子。
2007-04-23 nucl-ex
\textsc{MaGe} - a {\sc Geant4}-based Monte Carlo Application Framework for Low-background Germanium Experiments
我们描述了一个物理仿真软件框架，MAGE，这是基于GEANT 4仿真工具包。MAGE用于模拟超低放射性本底辐射探测器对电离辐射的响应，特别是MAJORANA和GERDA无中微子双β衰变实验。MAJORANA和GERDA使用高纯度锗探测器来搜寻76 Ge的无中微子双β衰变，MAGE是这两个合作机构共同开发的。MAGE框架包含了常见物体、原型、试验台和实际实验的几何模型。它还实现了定制的事件生成器、GEANT 4物理列表和输出格式。所有这些功能都可以作为类库使用，这些类库通常被编译成单个可执行文件。用户通过宏在运行时选择特定的实验设置实现。将所有这些通用类组合到一个框架中减少了重复工作，简化了模拟数据和实验之间的比较，并简化了要模拟的新检测器的添加。本文重点介绍了软件框架，自定义事件生成器和物理列表。
2010-11-16 nucl-ex
Characterization of a broad energy germanium detector and application to neutrinoless double beta decay search in Ge-76
本文系统地研究了630克商用宽能锗探测器的性能。能量分辨率，线性度，稳定性与高压（HV）偏置，死层的厚度和均匀性进行了测量，发现是优秀的。特别注意已致力于研究的检测器响应作为偏置HV的函数。标称耗尽电压为3000 V，所研究的探测器在2000 V左右的偏压下表现出特殊的行为：在约100 V的窄范围内，电荷收集强烈减少。检测器似乎由两部分组成：HV接触周围的小体积，在较高电压下有效地收集电荷，以及大体积，电荷收集不良。这种行为的定性解释。基于A/E（电流脉冲的最大幅度超过探测器中释放的总能量）的逐事件脉冲形状分析已被应用于不同能量区域的事件，并发现在拒绝非局部事件方面非常有效。总之，BEGe探测器是GERDA第二阶段的优秀候选者，该实验致力于Ge-76的无中微子双β衰变。
2011-01-17 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
GIOVE - A New Detector Setup for High Sensitivity Germanium Spectroscopy At Shallow Depth
我们报告的开发和建设的高纯锗光谱仪设置GIOVE（锗内外否决），最近建成，现在运行在浅层地下实验室的马克斯普朗克研究所für核物理，海德堡。特别注意的是一种新的被动和主动屏蔽的设计，旨在有效地拒绝环境和μ子感应辐射背景。在典型的γ射线样品筛选测量中，对U和Th原生放射性核素的灵敏度水平达到<100 μBq/kg，这在位于极浅深度的仪器中是独一无二的，可以与更深地下站点的仪器竞争。
2015-07-13 astro-ph.IM nucl-ex physics.ins-det
Isotopically modified Ge detectors for {\sc Gerda}: from production to operation
\textsc{Gerda}实验通过新颖的脉冲形状鉴别（PSD）技术来搜索无中微子双β（$0νβ$ β $) decay of $ ^{76} $Ge using high-purity germanium detectors made of material enriched in $ ^{76} $Ge. For Phase II of the experiment a sensitivity for the half life $ T_{1/2} ^{0ν}\，\，\sim 2 \cdot 10^{26} $ yr is envisioned. Modified Broad Energy Germanium detectors (BEGe) with thick n$ ^+ $ electrodes provide the capability to efficiently identify and reject background events, while keeping a large acceptance for the $ 0νβ $beta$ -衰变信号。生产厚窗口BEGe型探测器的\textsc{Gerda}实验的可行性证明了通过测试所有的生产步骤，从采购的同位素改性锗工作BEGe探测器。对\textsc{Gerda} Phase II原型BEGe探测器的光谱…
2013-03-27 nucl-ex physics.ins-det
The Processing of Enriched Germanium for the MAJORANA DEMONSTRATOR and R&D for a Possible Future Ton-Scale Ge-76 Double-Beta Decay Experiment
MAJORANA DEMONSTRATOR是一个点接触式Ge探测器阵列，由Ge-76中同位素富集到88%的Ge制成，用于寻找无中微子双β衰变。用于锗探测器的Ge的处理是众所周知的技术。然而，由于Ge-76中富集的Ge成本很高，因此需要采取特殊的程序，以最大限度地提高探测器的质量，并最大限度地减少对宇宙射线的照射。这些程序包括对材料进行仔细清点;对其进行屏蔽以减少宇宙生成的放射性同位素;以及对探测器制造过程中产生的受污染的固体锗、碎屑、研磨物、酸蚀刻剂和切削液开发特殊的后处理技术。处理程序的开发，导致在70%的检测器质量的总收率。然而，没有酸蚀刻溶液和只有50%的探测器制造的切削液进行了再处理。如果对它们进行处理，预计回收率将在80 - 85%之间。最大限度地提高产量对于证明未来可能进行的吨级实验的合理性至关重要。提出了一种从酸蚀液中回收锗的工艺，锗的回收率约为90%。所有材料尽可能地屏蔽或储存在地下，以尽量减少宇宙射线形成Ge-68，其在双β衰变感兴趣区域中提供背景，并且不能通过区域细化和晶体生长去除。Ge-68的形成比没有受到宇宙射线保护的天然丰度探测器减少了一个重要因素。
2017-07-19 nucl-ex physics.ins-det
Current status of LEGEND: Searching for Neutrinoless Double-Beta Decay in $^{76}$Ge: Part I
无中微子双β衰变（$0νββ$）是一种违反轻子数的假设过程，其观测结果将明确表明中微子是马约拉纳费米子。在标准的倒序中微子质量方案中，m $_{ββ}$的最小可能值对应于$^{76}$ Ge中$0νββ$衰变的半衰期约为10 $^{28}$年，这是下一代实验的目标。GERDA和\textsc{Majorana Demonstrator}的当前限值表明半衰期高于10 $^{26}$年。这些实验使用高纯度锗（HPGe）检测器，其高度富集$^{76}$ Ge。在所有的$0νββ$实验中，它们在信号搜索区域内实现了最好的内禀能量分辨率和最低的背景速率。利用这些成功，一个新的国际合作-大型浓缩锗无中微子$ββ$衰变实验（LEGEND）-已经形成，以建立一个吨级实验，具有发现潜力，覆盖逆序中微子质量范围在十年内，分阶段进行。LEGEND会议记录的第一部分描述了GERDA和\textsc{Majorana Demonstrator}的能力以及LEGEND实现目标的总体计划，而第二部分则侧重于LEGEND第一阶段LEGEND-200的状况。
2019-12-05 nucl-ex
Branching ratio of the super-allowed beta decay of 10C
在CERN的ISOLDE设施进行的一项实验中，用高精度单晶锗探测器测定了10 C的超允许β衰变分支比。为了评估两个511 keV伽马量子的堆积对在1021.7 keV处的感兴趣的伽马射线峰之一的贡献，不仅用10 C，而且用19 Ne束获取数据。超允许衰变分支的最终结果为1.4638（50）%，与文献中的平均值一致。
2020-04-06 nucl-ex
HEROICA: an Underground Facility for the Fast Screening of Germanium Detectors
位于比利时摩尔的HADES地下研究实验室设计并建造了一个表征锗探测器的基础设施。由于223米的粘土和沙子覆盖层，μ子通量降低了四个数量级。这种天然屏蔽使放射性纯锗材料暴露于宇宙辐射的程度最小化，从而显著抑制锗探测器中的宇宙源激活。该项目的主要动力是为GERDA实验专门生产锗探测器。GERDA目前正在INFN的Gran Sasso国家实验室收集数据，正在寻找76 Ge的无中微子双β衰变。在不久的将来，GERDA将通过增加新的宽能锗（BEGe）探测器来增加其质量和灵敏度。BEGe探测器的生产是在距离地下试验场约30公里的Olen（比利时）的堪培拉完成的。因此，HADES既可用于二极管生产过程中晶体的过夜储存，也可用于表征测量。2012年初，制造商交付了首批七台原型探测器，并在其上建立和测试了完整的质量控制链。筛选能力表明，安装的设置实现了对二极管的快速和完整的测量，它可以被看作是一个通用的测试设施，用于快速筛选高纯锗探测器。这些结果对于未来锗二极管的大规模生产和表征链具有重要意义，预计下一代76 Ge的1吨双β衰变实验可能会用到锗二极管。
2013-02-18 nucl-ex physics.ins-det
Search for double beta decay with HPGe detectors at the Gran Sasso underground laboratory
无中微子双β衰变实际上是确定中微子质量的马约拉纳性质的唯一方法，它的衰变率提供了一个有效中微子质量的探针。双β实验是长期运行的地下实验，具有关于背景降低和长期稳定性的特定挑战。在这项工作中解决这些问题的海德堡-莫斯科（HdM），GENIUS测试设备（TF）和GERDA实验。HdM实验从1990年到2003年收集了富集76 Ge高纯度（HPGe）探测器的数据。HdM数据的改进分析，利用新的校准和光谱形状测量与HdM探测器。GENIUS-TF是验证在液氮中使用裸锗探测器的可行性的试验设施。本文还讨论了这项实验的第一年结果。GERDA实验旨在通过在高纯度低温液体中操作裸锗探测器来进一步提高灵敏度，该液体同时用作背景屏蔽和冷却介质。在GERDA的筹备阶段，在Gran Sasso实验室A厅的实验场地进行了外部背景伽马通量测量。HdM和IGEX实验的浓缩探测器的特性鉴定是在GERDA合作的地下探测器实验室进行的。对裸HPGe探测器在液氩中的长期稳定性进行了测量。基于这些测量，在68% C. L时，36 Ar的无中微子双电子俘获半衰期的第一个下限被确定为1.85*10^18年。
2008-12-05 nucl-ex
The Igex 76ge Neutrinoless Double-Beta Decay Experiment: Prospects for Next Generation Experiments
国际锗实验（IGEX）已经分析了来自同位素富集（86%76Ge）锗探测器的117摩尔/年的76 Ge数据。将脉冲形状鉴别（PSD）应用于最近的数据，76 Ge无中微子双β衰变半衰期的下限为：$T_{1/2}(0ν)> 1.57 \times 10^{25}$ yr（90% C.L.）。这对应于马约拉纳中微子质量参数的上限，$<m_ν>$，在0.33 eV和1.35 eV之间，这取决于在分析中使用的理论核矩阵元素的选择。
2002-02-12 hep-ex nucl-ex
High-precision efficiency calibration of a high-purity co-axial germanium detector
高纯同轴锗探测器在宽能量范围内的效率校准精度约为0.15%。探测器晶体的高精度扫描和伽马射线源测量已被比较到蒙特卡罗模拟，以调整探测器模型的尺寸。为此，使用了标准校准源和短寿命在线源。由此产生的效率校准达到所需的精度，例如，超允许的β衰变的分支比测量的弱相互作用标准模型的测试。
2014-04-04 nucl-ex physics.ins-det
The MAJORANA 76Ge neutrino less double-beta decay project: A brief update
目前，MAJORANA是一个研究和开发（R&D）项目，旨在调查建造和运行一吨衰变实验的可行性和成本，该实验使用约1000公斤的Ge探测器，由锗富集到86% in。该研究将包括三个独立的低温恒温器，配有各种类型的探测器：未分段、未分段点接触、最小分段和高度分段。一个低温恒温器将包含至少30公斤的浓缩（最好是点接触）探测器。将研究低温恒温器和探测器的性能以及本底水平。演示项目的目标是达到~ 1026 y的发现灵敏度。
2007-11-29 nucl-ex
The MGDO software library for data analysis in Ge neutrinoless double-beta decay experiments
GERDA和Majorana实验将使用同位素富集的高纯锗探测器寻找锗-76的无中微子双β衰变。虽然这些实验在概念设计上有所不同，但它们有许多共同之处，特别是将采用类似的数据分析技术。这些合作正在联合开发一个C++软件库MGDO，其中包含一组数据对象和接口，用于封装、存储和管理感兴趣的物理量，如波形和高纯锗探测器几何形状。这些数据对象定义了持久数据的通用格式，无论它是由蒙特卡罗模拟还是实验装置生成的，以减少代码重复并简化检测器系统之间的信息交换。MGDO还包括通用分析工具，可用于处理测量或模拟数字信号。MGDO的设计基于面向对象的编程范式，非常灵活，允许轻松扩展和定制组件。MGDO库提供的工具被GERDA和Majorana使用。
2011-11-30 hep-ex nucl-ex physics.data-an
Fabrication and Characterization of High-Purity Germanium Detectors with Amorphous Germanium Contacts
无中微子双β衰变和暗物质实验需要大型高纯锗（HPGe）探测器。目前，大的（直径> 4英寸）HPGe晶体可以在南达科他大学（USD）生长。我们验证生长的晶体的质量是足够的，用于大型探测器制造和表征较小的HPGe探测器由这些晶体。我们报告的结果，从八个探测器制造超过六个月，使用晶体生长在USD。非晶锗（a-Ge）接触用于阻挡电子和空穴。两种类型的几何形状被用来制造HPGe探测器。因此，在USD的小型平面探测器的制造过程中进行了详细的讨论。针对8个探测器分析了程序和几何结构对探测器性能的影响。我们通过测量泄漏电流，电容和能量分辨率在662千电子伏的Cs-137源，其特征在于检测器。四个探测器表现出良好的性能，这表明在USD生长的晶体是适合用于制作HPGe探测器。
2019-02-14 nucl-ex physics.ins-det
Pulse Shape Analysis with a Broad-Energy Germanium Detector for the GERDA experiment
为了减少寻找稀有事件的实验中的背景，如GERDA双β衰变实验，有必要采用主动背景抑制技术。这种技术之一是由辐射与检测器的相互作用引起的信号的脉冲形状分析。对脉冲的时间发展的分析可以区分电子的相互作用和探测器内的多散射光子的相互作用。该信息可用于从记录的数据中消除背景事件。给出了对来自市售宽能锗探测器的信号进行脉冲形状分析的结果，并讨论了这种探测器配置在低背景实验中使用的脉冲形状辨别能力。
2008-12-09 nucl-ex physics.ins-det
Search for rare alpha and double beta decays of Yb isotopes to excited levels of daughter nuclei
在Gran Sasso地下实验室（意大利）用超低本底高纯锗探测器对镱同位素的α和双β衰变进行了研究。测量了194.7 g Yb $_2$（C $_2$ O $_4$）$_3$粉末样品11.3 d，总Yb暴露量为1.25 kg $\times$ d。在$6\times10^{14}$ yr和$2\times10^{16}$ yr之间获得了$α$的半衰期限值-$^{168}$ Yb、$^{170}$ Yb、$^{171}$ Yb、$^{172}$ Yb、$^{173}$ Yb、$^{174}$ Yb和$^{176}$ Yb进入第一激发态的衰减模式。这些是这些衰变模式的第一个实验限制。在$1\times10^{14}$ yr到$8\times10^{16}$ yr之间的限制下，可以排除$^{168}$ Yb的双电子捕获和$^{176}$ Yb到第一激发2 $^+$和0 $^+$态的双β衰变。与先前的约束相比，这改善了关于一些衰减模式的实验信息。
2021-09-13 nucl-ex
Current status of LEGEND: Searching for Neutrinoless Double-Beta Decay in 76Ge: Part II
无中微子双β衰变（0 $νββ$）是一个违反轻子数的假设过程，它的观测将明确地表明中微子是马约拉纳费米子。在标准的倒序中微子质量方案中，mbb的最小可能值对应于$^{76}$ Ge中0 $νββ$衰变的半衰期约为10 $^{28}$年，这是下一代实验的目标。GERDA和MAJORANA DEMONSTRATOR的当前限值表明半衰期高于10 $^{26}$年。这些实验使用高度富集$^{76}$ Ge的高纯锗（HPGe）探测器。它们在所有0 nbb实验中实现了最好的内禀能量分辨率和最低的信号搜索区域的本底率。利用这些成功，一个新的国际合作-大型浓缩锗无中微子bb衰变实验（LEGEND）-已经形成，按照分阶段的方法，在十年内建立一个具有发现潜力的吨级实验，覆盖逆序中微子质量范围。第一部分描述了GERDA和MAJORANA DEMONSTRATOR的能力以及LEGEND实现目标的总体计划，而第二部分则集中在LEGEND的第一阶段LEGEND-200的状态。
2019-12-05 hep-ex nucl-ex
Astroparticle Physics with a Customized Low-Background Broad Energy Germanium Detector
MAJORANA合作组织正在建造MAJORANA DEMONSTRATOR，这是一个60公斤重的高纯锗探测器阵列，位于南达科他州铅市桑福德地下实验室的超低背景屏蔽中。马约拉纳演示器将寻找76 Ge的无中微子双β衰变，同时演示吨级实验的可行性。它还可能在1-10 GeV/c^2质量范围内进行暗物质搜索。我们已经发现，由堪培拉生产的定制宽能锗（BEGe）探测器具有几个理想的功能，用于无中微子双β衰变实验，包括低电子噪声，出色的脉冲形状分析能力，和简单的制造。我们已经在弗吉尼亚州Kimballton地下研究设施的低背景低温恒温器和屏蔽中部署了定制的BEGe，即Kimballton的MAJORANA低背景BEGe（MALBEK）。本文将集中在探测器的特点和测量，可以执行这样的辐射探测器在低背景环境。
2010-07-20 nucl-ex
Search for Neutrinoless Double-Beta Decay of $^{76}$Ge with a Natural Broad Energy Germanium Detector
在中国锦屏地下实验室（CJPL）上运行了一台天然宽能锗（BEGe）探测器，以研究建立下一代$^{76}$ Ge无中微子双β（0{ $νββ$ }）衰变实验的可行性。本文介绍了样机的建立、BEGe探测器的特点、背景消除方法和数据分析。本底指数为6.4 $\times$ × 10 $^{-3}$计数/（keV $\cdot$ kg $\cdot$/天），比我们以前的CDEX-1检测器结果低1.86倍。在186.4 kg $\cdot$/天的暴露量下未观察到信号，因此将$^{76}$ Ge 0 $νββ$衰变的半衰期限值设定为T $_{1/2}^{0ν}$ $>$ 5.62 $\times$ 10 $^{22}$ yr（90% C. L）。该限制对应于一个有效的马约拉纳中微子质量在4.6 $\sim$ 10.3电子伏特的范围内，取决于核矩阵元素。
2022-08-05 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
The MAJORANA DEMONSTRATOR: A Search for Neutrinoless Double-beta Decay of Germanium-76
{ \sc Majorana}合作正在使用$^{76}$ Ge寻找无中微子双β衰变，该物质已被证明在灵敏度和背景方面具有许多优势。对无中微子双β衰变的观测将表明轻子数被破坏，中微子是马约拉纳粒子，同时将提供中微子质量的信息。要获得对中微子质量在反层次区域（$15 - 50$ meV）的灵敏度，就需要大型的、吨级的探测器，其背景极低，在信号区域内的水平为$\sim$ 1计数/t-y或更低。在能源部核物理办公室和NSF粒子天体物理学的资助下，{ \sc Majorana}合作正在建造{ \sc演示器}，这是一个由40公斤p型点接触高纯锗（HPGe）探测器组成的阵列，其中30公斤$\sim$将在$^{76}$ Ge中富集到87%。{ \sc Demonstrator}正在4850'标高（4300 m.w.e.）的洁净室实验室设施中建造桑福德地下研究设施（SURF）在铅，SD。它采用紧凑的分级屏蔽方法，内部由超净铜组成，在地下进行电铸和机加工。{ \sc Demonstrator}的主要目的是展示未来吨级测量在背景和可扩展性方面的可行性。
2013-07-30 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Beta-delayed gamma decay of 26P: Possible evidence of a proton halo
背景资料：对$β$衰变的测量提供了重要的原子核结构信息，可用于探测同位旋不对称性并为核天体物理学研究提供信息。目的：测量$^{26}$ P的$β$延迟$γ$衰变，并将结果与以前的实验结果和壳模型计算结果进行比较。方法：将核碎裂产生的$^{26}$ P快束注入平面锗探测器。它的$β$ -延迟$γ$ -射线发射是用16个高纯度锗探测器阵列测量的。在衰变中发射的正电子被同时检测到以减少背景。结果：测定了$^{26}$ P $β$延迟$γ$射线的绝对强度。在$^{26}$ P $β$ -衰变中，首次观测到6个新的$β$ -衰变分支和15条新的$γ$ -射线.对$^{26}$ Si的束缚激发态跃迁建立了一个完整的$β$ -衰变方案. $ft$值和Gamow-Teller强度也被确定为这些转变，并与壳模型计算和镜像$β$ -衰减的$^{26}$ Na，揭示显着的镜像不对称性进行比较。结论：观察到与基于USDB壳模型的理论预测非常一致。在向第一激发态（$δ=51(10)\%$）的跃迁中观察到的显著镜像不对称性可能是$^{26}$ P中质子晕的证据。
2016-06-21 nucl-ex
Test of pulse shape analysis using single Compton scattering events
康普顿散射是锗中能量约为2 MeV的光子的主要相互作用过程之一。如果一个光子在锗探测器内只散射一次，那么所产生的事件只包含一个电子，该电子通常在毫米范围内沉积其能量。这些事件类似于Ge-76的无中微子双β衰变事件，只有两个电子处于终态。其他光子相互作用，如对产生或多重散射，可以导致由分离的能量沉积组成的事件。识别多个能量沉积的一种方法是使用包含在检测器或检测器的一段的电响应中的定时信息。开发的程序，以单独的单和多站点的事件进行测试与专门选择的事件样本提供的18倍分段的原型锗探测器的锗探测器阵列，GERDA的第二阶段。通过用以限定角度定位的第二检测器同时检测散射光子来标记单个康普顿散射（即，单位点）事件。训练神经网络以将这些事件与来自多站点主导样本的事件分离。对于单点和多点事件，识别效率达到~80%。
2007-08-13 nucl-ex
Measurement of the Background Activities of a 100Mo-enriched Powder Sample for an AMoRE Crystal Material by using Fourteen High-Purity Germanium Detectors
先进钼基稀有工艺实验第二阶段将在200公斤钼基晶体中寻找100 Mo的无中微子双β（0ν \b{eta} \b{eta}）衰变。为了在100 Mo的双β衰变Q值的能量范围内实现零本底水平，AMoRE晶体中的放射性污染水平应该是低的。使用富含100 Mo同位素的100 EnrMoO 3粉末来生长AMoRE晶体。一个屏蔽阵列的14个高纯度锗探测器与70%的相对效率每个用于测量的背景活动在一个样品的9.6公斤的粉末。位于阳阳地下实验室的CAGe探测器系统旨在测量天然放射性同位素或宇宙成因核素（如228 Ac，228 Th，226 Ra，88 Y和40 K）的低水平放射性。粉末样品中228 Ac和228 Th的活度分别为0.88 \pm 0.12 mBq/kg和0.669 \pm 0.087 mBq/kg。测量226 Ra的活性为1.50 \pm 0.23 mBq/kg。~（88）Y放射性活度为0.101 \pm 0.016 mBq/kg。40 K活性为36.0 \pm 4.1 mBq/kg。
2020-09-04 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Signal modeling of high-purity Ge detectors with a small read-out electrode and application to neutrinoless double beta decay search in Ge-76
GERDA实验使用富含Ge-76的高纯度锗探测器寻找Ge-76的无中微子双β衰变。信号时间结构的分析为鉴别无中微子双β衰变事件和区分γ射线诱发的本底事件提供了有力的工具。最近报道了具有小读出电极的“宽能锗”探测器的增强的脉冲形状辨别能力。本文介绍了这样的探测器的响应的完整模拟，包括辐射相互作用的蒙特卡罗建模和随后的信号形状计算。基于最大电流信号幅度和施加到模拟数据的事件能量之间的比率的脉冲形状判别方法显示出与校准源获得的实验数据的定量一致性。模拟已被用来研究的检测器体积内发生的衰变，很难评估实验的生存概率。宇宙成因放射性同位素Ge-68和Co-60以及Ge-76的无中微子双β衰变产生了这种内部衰变事件。当2.614 MeV光子双逃逸峰的实验接受度为90%时，在Qbb = 2.039 MeV处，Ge-76无中子双β衰变的存活几率为（86 ± 3）%，Ge-68子体Ga-68的存活几率为（4.5 ± 0.3）%，Co-60的存活几率为（0.9 ± 0.4-0.2）%.
2011-01-17 nucl-ex physics.ins-det
Large-Mass Ultra-Low Noise Germanium Detectors: Performance and Applications in Neutrino and Astroparticle Physics
本文介绍了一种新型的辐射探测器--p型修饰电极锗二极管。原型显示，第一次，在核反应堆实验中的相干中微子-核散射的测量所需的功能（质量，能量阈值和背景预期）的组合。该设备杂交的质量和能量分辨率的常规HPGe同轴伽马能谱仪与低电子噪声和阈值的小型X射线半导体探测器，还显示了一个内在的能力，区分多个从单站点粒子相互作用。目前的性能的原型和可能的进一步改进进行了讨论，以及其他应用这种新型的设备在中微子和天体粒子物理（双β衰变，中微子磁矩和WIMP搜索）。
2007-01-07 astro-ph hep-ex nucl-ex
First results from LEGEND-200 on the search for neutrinoless double beta decay
Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Padova（帕多瓦大学物理与天文学系）；INFN Sezione di Padova（意大利国家核物理研究所帕多瓦分部）；Physik-Institut, Universität Zürich（苏黎世大学物理学院）
LEGEND-200首次成果显示，通过高纯度锗探测器搜索中微子less双β衰变，未发现信号，但设定了半衰期下限。
2025-09-25 hep-ex nucl-ex
Updated and novel limits on double beta decay and dark matter-induced processes in platinum
本文基于45.3克铂箔在超低本底高纯锗探测器中的510天测量，研究了铂同位素的双贝塔衰变并设置了新限制，其中对198Pt灵敏度超过10^19年，同时首次约束了195Pt上最高约500 keV质量劈裂的非弹性暗物质散射，并提出了未来铂族元素实验的改进方案。
2023-05-10 nucl-ex
High sensitivity double beta decay study of 116-Cd and 100-Mo with the BOREXINO Counting Test Facility (CAMEO project)
CTF和BOREXINO装置的独特之处（超低本底和大灵敏体积）被用于CAMEO计划中100-Mo和116-Cd无中微子双β衰变的高灵敏度研究。用116-Cd和蒙特卡罗模拟进行的飞行员测量表明，CAMEO实验的灵敏度（根据无中微子双β衰变的半衰期极限）为（3-5）10 ^24年，100-Mo源为1 kg（116-Cd、82-Se和150-Nd）和约10^26年，65 kg富集的116-CdWO_4晶体放置在CTF的液体闪烁体中。最后一个值对应于中微子质量小于0.06 eV的极限。同样地，在BOREXINO装置中放置1000公斤的116-CdWO_4晶体，中微子质量极限可以被推低到m_nu<0.02 eV。
2000-07-11 nucl-ex
New experimental limits on double-beta decay of osmium
在I.N.F.N.的Gran Sasso国家实验室（LNGS）对$^{184}$ Os和$^{192}$ Os中的双β过程进行了超过15851小时的检索。采用118 g超纯锇样品安装在112 cm $^3$超低本底宽能锗探测器的端盖上。$^{184}$ Os中双电子捕获和电子捕获伴正电子发射的新限值设定为$\lim T_{1/2} \sim 10^{16}-10^{17}$年水平。特别地，$^{184}$ 0到$^{184}$ W的基态的$2ν$ 2K和$2ν$ KL衰变分别被限制为$T_{1/2}\geq3.0\times 10^{16}$ yr和$T_{1/2}\geq2.0\times 10^{16}$ yr。$^{192}$ Os双β衰变至$^{192}$ Pt第一激发能级的半衰期下限设定为$\lim T_{1/2}=2.0\times 10^{20}$ yr（90\%C. L.）。
2021-06-10 nucl-ex
White Paper on the Majorana Zero-Neutrino Double-Beta Decay Experiment
马约拉纳实验的目的是研究无中微子双β衰变（0nbb），其有效马约拉纳中微子质量灵敏度低于50 meV，以表征中微子的马约拉纳性质、马约拉纳质谱和绝对质量标度。对中微子振荡结果所隐含的中微子质量尺度的实验研究现在在技术上是在我们的掌握之中。这个令人兴奋的物理目标是最好的追求，使用完善的技术，寻找0nbb的76锗，增强了最近的进展，在信号处理和探测器设计。马约拉纳实验将包括大量的76Ge，其形式是位于地下深处低背景屏蔽环境中的高分辨率本征锗探测器。在bb端点观察到一个尖锐的峰将量化0nbb的半衰期，从而量化电子中微子的有效马约拉纳质量。除了适度的研发计划外，我们还在此概述了整个项目，以帮助了解项目的范围、低技术风险水平以及合作伙伴立即开始项目的准备情况。
2003-11-13 nucl-ex
Neutron Inelastic Scattering Processes as Background for Double-Beta Decay Experiments
我们研究了几个Pb（$(n,n'γ$）和Ge（$(n,n'γ$）反应。我们测量了铅（$(n,n'γ$）反应产生的$γ$ -射线，它可以作为使用铅作为大质量内屏蔽的双β衰变实验的重要背景。对于基于Ge的双β衰变实验来说，特别令人担忧的是通过Pb（$(n,n'γ$）产生的2041-keV和3062-keV $γ$射线。前者非常接近^{76}Ge双β衰变终点能量，后者在终点附近有一个双逃逸峰能量。还观察到Ge（$(n,n'γ$）反应的激发$γ$ -射线.我们考虑了这种背景的贡献和它们对下一代使用富集锗探测器搜索无中微子双β衰变的灵敏度的影响。
2008-01-26 hep-ex nucl-ex
High sensitivity GEM experiment on double beta decay of 76-Ge
GEM项目是为下一代76-Ge 2 β衰变实验而设计的。一吨“裸"HP Ge探测器（在第一GEM-I阶段是天然的，在第二GEM-II阶段富集76-Ge至86%）在Cu真空低温恒温器（直径为5米的球体）中的超高纯度液氮中运行。最新的是放置在水盾。蒙特卡罗模拟结果表明，实验灵敏度（以无中微子2 β衰变的T_（1/2）极限）为10^27年（天然HP Ge晶体）和10^28年（富集HP Ge晶体）。这些界限对应的限制中微子质量小于0.05 eV和0.015 eV的天然和丰富的探测器，分别。此外，GEM-I的设置可以将中性伴子（作为暗物质候选者）存在的最佳限制提高三个数量级，同时能够通过检测其季节调制来明确识别暗物质信号。
2001-06-26 nucl-ex
Deep learning based pulse shape discrimination for germanium detectors
Max Planck Institute for Physics（马克斯·普朗克物理研究所）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
寻找像无中微子双β衰变这样的罕见过程的实验在很大程度上依赖于背景事件的识别，以降低其背景水平并提高其灵敏度。我们提出了一种新的基于机器学习的方法来识别这些实验中最丰富的背景事件之一。通过将用于特征提取的神经网络与较小的分类网络相结合，我们的方法可以只用少量的标记事件进行训练。为了验证我们的方法，我们使用的信号从一个广泛的能量锗探测器照射的$^{228}$ Th伽马源。我们发现，它匹配的性能通常用于这种检测器类型的最先进的算法。然而，它需要较少的调谐和校准，并显示出识别其他方法错过的某些类型的背景事件的潜力。
2019-06-02 cs.LG nucl-ex physics.ins-det
Detailed study of the decay of 32Ar
在GANIL的SPIRAL 1设施进行的一项实验中，利用与EXOGAM阵列的锗三叶草探测器相连的“硅立方体”装置研究了32 Ar的β衰变。β延迟质子和伽马射线已经被观测到，并允许确定所有相关的衰变分支。将Gamow-Teller强度分布与壳模型计算结果进行了比较，发现两者吻合得很好，费米强度符合预期。建立了~（32）Ar的准完全衰变图。
2021-01-16 nucl-ex
Main features of detectors and isotopes to investigate double beta decay with increased sensitivity
本文讨论了双β衰变实验的现状、现代探测器的特点以及在今后的实验中提高中微子质量灵敏度的可能性。此外，还讨论了在双β衰变实验中生产和使用浓缩同位素的问题。
2018-03-19 nucl-ex physics.ins-det
Signal Readout Electronics for LEGEND-200
LEGEND（Large Enriched Germanium Experiment for Neutrinoless Double-β衰变）是一个吨级的实验计划，使用富含同位素$^{76}$ Ge的高纯锗探测器寻找无中微子双β（$0 νββ$）衰变。对$0 νββ$衰变的观测将明确地证明轻子数破缺的存在，并提供对中微子质量性质的深入了解。该实验第一个200公斤阶段（LEGEND-200）的现场施工将于2020年年中在Gran Sasso地下实验室（意大利，Laboratory Nazionali del Gran Sasso）开始。为了在$0 νββ$半衰期上实现$10^{27}$年的灵敏度，超净低噪声信号读出电子器件是必不可少的，因为它们影响实验的背景预算和背景抑制的效率。在这方面的贡献，目前的状态的信号读出电子的LEGEND-200。
2019-11-13 nucl-ex physics.ins-det
The MAJORANA DEMONSTRATOR: Progress towards showing the feasibility of a tonne-scale 76Ge neutrinoless double-beta decay experiment
马约拉纳演示器将使用浓缩和天然锗探测器的混合阵列来搜索76 Ge同位素的无中微子双β衰变。对这种罕见衰变的观测表明中微子是它自己的反粒子，证明轻子数不守恒，并提供中微子绝对质量尺度的信息。演示器正在南达科他州Lead的Sanford地下研究设施的4850英尺高度组装。该阵列将被包含在低背景环境中，并被被动和主动屏蔽所包围。演示器的目标是：在2039 keV 76 Ge端点能量周围的4 keV感兴趣区域（ROI）中演示小于3 t $^{-1}$ y $^{-1}$的本底率;建立建造吨级锗基双β衰变实验所需的技术;测试最近观测到无中微子双β衰变的声明[H. V. Klapdor-Kleingrothaus和I. V. Krivosheina，Mod. Phys. Lett. A21，1547（2006）];以及直接搜索轻WIMP（3-10 GeV）。
2012-10-09 nucl-ex
Results of the MAJORANA DEMONSTRATOR's Search for Neutrinoless Double Beta Decay
MAJORANA DEMONSTRATOR 实验利用富集 76Ge 的锗探测器阵列搜寻无中微子双贝塔衰变，凭借世界领先的能量分辨率和极低本底率，基于 65 kg yr 曝光量设定了半衰期极限并限制了有效中微子质量。
2024-01-09 nucl-ex
Further study of CdWO4 crystal scintillators as detectors for high sensitivity double beta experiments: scintillation properties and pulse-shape discrimination
用CdWO 4晶体闪烁器研究了能量分辨率、光产额、闪烁响应的非比例性、α/β比、γ射线和α粒子的脉冲形状。一些迹象表明，在γ射线和α粒子的发射光谱的差异进行了观察。在激光、α粒子和γ射线激发下，观察到CdWO 4脉冲形状与发射光谱波长无关。在0-24度范围内测量了γ量子和α粒子的闪烁脉冲形状和脉冲形状辨别能力对温度的依赖性。
2006-08-02 nucl-ex
Double beta decay of $^{150}$Nd to the first excited $0^+$ level of $^{150}$Sm: preliminary results
在意大利INFN的Gran Sasso地下实验室，利用由四个高纯锗探测器（${\approx}$ 225 cm $^3$）组成的超低本底装置，研究了$^{150}$ Nd到$^{150}$ Sm（$E_{exc}$ = 740.5 keV）第一激发态0 $^+$能级的双β衰变。使用高度纯化的2.381千克氧化钕样品（Nd $_2$ O $_3$）作为衰变中预期的$γ$量子源。在16375 h的符合谱中，观测到$^{150}$ Sm的$0_1^+$ 740.5 keV能级退激发后发射的能量为334.0 keV和406.5 keV的γ量子。相对于两个中微子双β衰变$^{150}$ Nd $\rightarrow$ $^{150}$ Sm（0 $_1^+$）的半衰期被测量为$T_{1/2} = [4.7_{-1.9}^{+4.1}\text{(stat)} {\pm} 0.5\text{(syst)}] {\times} 10^{19} y$，与先前的实验结果一致。
2018-08-07 nucl-ex
A search for double beta decays of tin isotopes with enhanced sensitivity
本文用75公斤日的数据对~（124）Sn和~（112）Sn的各种双β衰变模式进行了研究。得到了~（124）Sn的激发态的新的半衰期极限，包括~（124）Te衰变到第一激发2+态的下限T_half > 0.87e ~（20）yrs（90%CL）和衰变到第一激发0+态的下限T_half > 1.08e ~（20）yrs（90%CL）。对~（112）Sn的基态和激发态跃迁也进行了实验研究。得到了2中微子双电子俘获的极限T_half > 1.8e ~（19）yrs（90% CL）。在1888.5keV处未观测到来自0+的去激发γ导致112 Sn的0中微子双电子俘获衰变的半衰期下限为T_half > 0.8e ~（19）yrs（90%CL），尽管由于简并态可能导致衰变速率的共振增强。
2008-07-29 nucl-ex
The search for neutrino-less double-beta decay: summary of current experiments
近十年来，对无中微子双β衰变的探索一直是一个非常活跃的研究领域。无中微子双β衰变可能回答中微子物理学中的基本开放问题。虽然标准模型允许双β衰变伴随着两个中微子的发射，但无中微子过程要求中微子是马约拉纳粒子。探测这种衰变可以确定中微子的性质，中微子的有效质量和质量等级。氙-136和锗-76实验目前具有最好的灵敏度。对于这两种同位素，无中微子双β衰变的寿命都被确定为超过10 ^25年，比已经探测到的最慢过程慢几个数量级。本文讨论了无中微子双β衰变的基本理论及其与中微子质量的关系。正在进行的实验工作，以测量这种衰变的审查，以及当前和不久的将来搜索的状态和灵敏度。
2014-02-05 nucl-ex physics.ins-det
Linear polarization sensitivity of SeGA detectors
宇称是核谱学中的一个关键观测量。$γ$ -射线的线偏振测量是一种探测能级宇称的方法。利用NSCL处的分段锗阵列（SeGA）中的检测器的分段并分析其中的相互作用的位置允许检测器用作康普顿偏振计。与其他分段探测器不同，SeGA探测器从侧面照射，以利用横向分段进行更好的多普勒校正。这种方向的敏感性以前没有经过测试。利用\nuc{249}{Cf}源的$α$-$γ$相关，在350 keV能量范围内测量了SeGA探测器的线性偏振灵敏度$Q \approx 0.14$.
2007-07-05 nucl-ex
Experiments for the absolute neutrino mass measurement
简要评述了中微子绝对质量标度测量的各种方法的实验结果和前景。来自宇宙学观测、双β衰变搜索和单β衰变光谱学的质量灵敏度在灵敏度和模型依赖性方面不同。下一代实验在三个领域达到最轻质量本征态的$m_1<0.2eV$的灵敏度，这将最终回答中微子质量本征态是否简并的问题。这种灵敏度也是通过唯一的与模型无关的单次β衰变方法（KATRIN实验）达到的。为了提高模型依赖性代价的灵敏度，必须采用无中微子双β衰变搜索和宇宙学观测。在这里，在未来十年的敏感性接近的潜力，以测试倒置层次模型。
2009-06-02 nucl-ex
Recent Results of the Majorana Demonstrator Experiment
马约拉纳演示器正在用天然和$^{76}$ Ge富集锗探测器的两个模块阵列寻找$^{76}$ Ge中的无中微子双β衰变。它位于美国南达科他州Lead的Sanford地下研究设施4850层，其锗探测器总质量为44.1千克，其中29.7千克为浓缩铀。前26千克-年数据的分析提供了前所未有的能量分辨率为0.13%，在2039千电子伏和15.4 $\pm$ 2.0计数/（FWHM t年）的背景水平的关注区域。它建立了在90%CL的76 Ge的2.7 - 10 $^{25}$年的无中微子双β衰变的半衰期的下限。本文将对这一分析进行总结，重点是能量的确定。
2019-09-16 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
A novel approach to background reduction in double beta decay experiments
高分辨量热计中的主动本底消减是实现无中微子双β衰变实验高灵敏度的一种有效方法。我们建议切伦科夫发射β射线的测辐射热晶体作为一个可行的替代闪烁。这种新的方法可以拓宽双β衰变的量热搜索的材料范围。我们讨论了TeO $_2$晶体的光学性质，作为一个展示的情况。
2009-08-02 nucl-ex
Experimental research of double beta decay of atomic nuclei
本文介绍了几个利用低本底晶体闪烁器进行的双β衰变实验的结果。特别是，116-Cd的双中微子双β衰变的半衰期值已被测量为2.9 × 10^{19}年，而116-Cd的无中微子双β衰变的新半衰期极限已被确定为>1.7 × 10^{23}年（90%），这对应于中微子质量<1.7 eV的限制。利用低本底CdWO_4、GSO和ZnWO_4晶体闪烁器，对64-Zn、70-Zn、106-Cd、108-Cd、114-Cd、136-Ce、138-Ce、142-Ce、160-Gd、180-W和186-W的双β过程设定了10^{17}-10 ^{21}年水平的新半衰期界限。76-Ge的无中微子双β衰变的发现[Mod. Phys. Lett. A 16（2001）2409]进行了分析。考虑了未来高灵敏度双β衰变实验的要求，旨在观察无中微子双β衰变或将中微子质量限制提高到< 0.01 eV。对它们的灵敏度和发现潜力提出了要求。讨论了两个灵敏度在10^{26}-10 ^{27}年水平的双β实验方案（CAMEO和CARVEL方案）。研究了CaWO_4、ZnWO_4、CdWO_4、PbWO_4、GSO（Ce）、CeF_3、掺钕钇铝石榴石（YAG：Nd）晶体闪烁体的闪烁性能和放射性污染。讨论了这两种方法在寻找双β衰变中的适用性。
2011-12-26 nucl-ex
Search for Neutrinoless Double-Beta Decay
在海德堡-莫斯科（HDM）和国际锗实验（IGEX）小组的开创性工作之后，目前正在进行的第二轮无中微子双$β$衰变搜索已经或将使双$β$衰变候选者的寿命极限提高2至3倍，在不久的将来达到$T_{1/2} = 3 \times 10^{25}$年的水平。本次演讲将集中在大规模实验GERDA，EXO-200和KamLAND-Zen，这些实验已经报告了超过$10^{25}$年的较低半衰期时间限制。特别强调的是KamLAND-Zen，预计将接近倒置的层次制度之前，未来的1吨实验探测完全寿命或有效的中微子质量制度，开始在$\approx 2 \times 10^{26}$年或$\approx 50$毫电子伏。
2014-12-01 nucl-ex physics.ins-det
Energy Calibration of Germanium Detectors for the MAJORANA DEMONSTRATOR
本文介绍MAJORANA DEMONSTRATOR 58个锗探测器的离线能量刻度方法，涵盖多峰同时拟合、不确定度估计与自动化流程。
2023-08-03 nucl-ex physics.ins-det
