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
Limit on the Radiative Neutrinoless Double Electron Capture of $^{36}$Ar from GERDA Phase I
无中微子双电子俘获是一个过程，如果被发现，将提供轻子数破坏和中微子马约拉纳性质的证据。利用意大利INFN Gran Sasso实验室锗探测器阵列（GERDA）第一阶段实验的数据，用安装在液氩中的锗探测器对$^{36}$ Ar的无中微子双电子俘获进行了研究。没有观察到信号，并建立了$^{36}$ Ar的辐射无中微子双电子捕获半衰期的实验下限：$T_{1/2} > $ 3.6 $\times$ 10 $^{21}$ yr，90% C. I.
2016-05-12 hep-ex nucl-ex
Status of double beta decay experiments using isotopes other than Xe-136
无中子双β衰变是一种轻子数破坏过程，它被标准模型的许多扩展所预言。它在许多实验项目中的几个候选同位素中被积极寻找。本文综述了在非氘-136同位素中寻找无中微子双β衰变的实验计划的现状，特别强调了已通过研发阶段的项目。最后，对实验结果进行了总结和讨论. GERDA的数据没有给出Ge-76的无中微子双β衰变的确切指示，并且以一种与模型无关的方式不利于长期以来对同一同位素的观测声明。GERDA报告的Ge-76无中微子双β衰变半衰期的下限为T1/2 > 2.1e ~（25）yr（90% C.L.），或T_（1/2）> 3.0e25年。
2014-03-13 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
Searching for neutrinoless double beta decay with GERDA
位于INFN Gran Sasso实验室（意大利）的锗探测器阵列（GERDA）实验正在寻找Ge 76的无中微子双β衰变，方法是使用同位素富集材料制成的高纯度锗探测器。结合新的实验设计，仔细的材料选择的放射性纯度和主动/被动屏蔽技术的结果在一个非常低的残留本底在Q值的衰变，约1 e-3计数/（keV千克年）。这使得GERDA成为该领域第一个完全设计暴露量为100公斤/年的无背景实验。对无中微子双β衰变进行了研究，总照射量为47.7千克/年：23.2千克/年来自实验的第二阶段（第二阶段），其中本底相对于前一阶段减少了约10倍。本文中提出的分析包括12.4千克/年的新的第二阶段数据。未发现可能信号的证据：Ge 76半衰期的下限为8.0e25年（90% CL）。实验敏感性中位数为5.8e25年。实验目前正在收集数据。由于它在无背景条件下运行，其灵敏度随曝光量线性增长，预计2018年将超过1 e26年。
2017-10-21 nucl-ex physics.ins-det
Searches for neutrinoless double beta decay
无中子双β衰变是一种轻子数破坏过程，其观测也将确定中微子是其自身的反粒子。有许多实验性的努力与各种技术。一些（EXO，Kamland-Zen，GERDA第一阶段和CANDLES）在2011年开始收集数据，EXO报告了双β衰变的半衰期的首次测量，其中两个中微子是$^{136}$。审查了不同提案的敏感性。
2012-01-24 hep-ex nucl-ex
Background Rejection of n$^+$ Surface Events in GERDA Phase II
GERDA实验使用浸没在液态氩（LAr）中的高纯锗（HPGe）探测器阵列来搜索$^{76}$ Ge中的无中微子双β（$0νββ$）衰变。实验的第二阶段使用30个新的宽能量锗（BEGe）探测器，与以前使用的半同轴探测器设计相比，具有更好的脉冲形状鉴别能力。到目前为止，GERDA中BEGe探测器的最大背景成分是来自LAr中固有的$^{42}$ K $β$衰变的n $^+$-表面事件。高达3.5 MeV的$β$粒子可以穿过0.5至0.9 mm厚的电极，并在感兴趣的区域内沉积能量以进行$0νββ$衰变。然而，这些事件具有特定的脉冲形状特征，允许强的区分。在这项工作中提出的理解和模拟的背景下，显示减少高达一个因素145与脉冲形状歧视。
2016-05-12 nucl-ex physics.ins-det
Improved limit on neutrinoless double beta decay of $^{76}$Ge from GERDA Phase II
GERDA实验研究了$^{76}$ Ge（$^{76}$ Ge $\rightarrow$ $^{76}$ Se +2 e $^-$）的轻子数违反无中微子双β衰变的情况，该双β衰变是在液态氩中用富集的$^{76}$ Ge部分操作裸Ge二极管。BEGe型探测器的曝光量比我们以前发布的数据增加了三倍。BEGe探测器的特点是通过对探测器信号的时间曲线进行分析，可以实现出色的背景抑制。在分析窗口中，已达到$1.0_{-0.4}^{+0.6}\cdot10^{-3}$ cts/（keV $\cdot$ kg $\cdot$ yr）的背景水平;如果归一化为能量分辨率，则这是任何0 $νββ$实验中达到的最低水平。未观察到信号，新的90% C.L.结合我们以前的数据，确定了$8.0\cdot10^{25}$年半衰期的下限。假设无信号，预期灵敏度中位数为$5.8\cdot10^{25}$年。
2018-03-29 nucl-ex physics.ins-det
Results on neutrinoless double beta decay of 76Ge from GERDA Phase I
无中子双β衰变是一个违反轻子数守恒的过程。它被预测发生在粒子物理学的标准模型的扩展中。这封信报告了Gran Sasso实验室（意大利）寻找同位素76 Ge的无中微子双β衰变的锗探测器阵列（GERDA）实验第一阶段的结果。本分析中考虑的数据是在2011年11月至2013年5月期间收集的，总暴露量为21.6 kgyr。进行盲分析。脉冲形状鉴别后，本底指数约为1.10^{-2} cts/（keV kg yr）。未观察到信号，并导出了~（76）Ge无中微子双β衰变的半衰期下限，T_1/2 > 2.1 × 10 ~（25）yr（90% C.L.）。与以前用76 Ge实验的结果相结合，得到T_1/2 > 3.0 × 10 ~（25）yr（90% C.L.）。
2013-07-17 hep-ex hep-ph nucl-ex
Final Results of GERDA on the Search for Neutrinoless Double-$β$ Decay
锗探测器阵列（GERDA）实验寻找$^{76}$ Ge的轻子数破坏的无中微子双$β$（$0νββ$）衰变，其发现将在宇宙学和粒子物理学中产生深远的影响。通过在有源液氩屏蔽中操作富含$^{76}$ Ge的裸锗二极管，GERDA在信号区实现了前所未有的低本底指数$5.2\times10^{-4}$计数/（keV $\cdot$ kg $\cdot$ yr），并满足了在无本底状态下收集100 kg $\cdot$ yr暴露量的设计目标。当结合第一阶段的结果时，在127.2 kg $\cdot$/年的总暴露量后未观察到信号。$^{76}$ Ge中$0νββ$衰变半衰期的限值设定为90% C.L.时的$T_{1/2}>1.8\times10^{26}$年，这与假定没有信号时的灵敏度一致。
2020-09-13 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Background modeling for the GERDA experiment
2011年11月，INFN LNGS的无中微子双β（0 nubb）衰变实验GERDA开始进行物理数据采集。本文提出了一种分析，旨在了解和模拟观察到的背景能谱，这在寻找一个罕见的信号，如0 nubb衰变中发挥着至关重要的作用。一个非常有前途的初步模型已经获得，与系统的不确定性仍在研究中。从该模型中可以推导出重要的信息，例如期望的背景及其在信号区域中的分解。根据该模型，Qbb周围的主要背景贡献来自Bi-214，Th-228，K-42，Co-60和Ra-226衰变链中的α放射同位素，其中一部分取决于假定的源位置。
2013-06-10 nucl-ex physics.data-an
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
Off-line data processing and analysis for the GERDA experiment
GERDA是一个旨在寻找Ge-76的无中微子双β衰变的实验。该实验使用了一组高纯度锗探测器，富含Ge-76，直接浸入液态氩中。GERDA目前正在运行8个浓缩同轴探测器（大约15公斤Ge-76），下一阶段将部署大约30个新的定制浓缩BEGe探测器（另外20公斤Ge-76）。本文介绍了高纯锗探测器数据的GERDA离线分析。首先，我们介绍了信号处理流程，重点是数字滤波器和所使用的算法。其次讨论了非物理事件的剔除和数据质量监控。该分析是完全与GERDA软件框架（GELATIO），旨在支持多通道处理，并执行数字信号的模块化分析。
2011-11-15 hep-ex nucl-ex physics.data-an
Status and Prospects of the Search for Neutrinoless Double Beta Decay of $^{76}$Ge
本文综述了$^{76}$ Ge的无中微子双β衰变的研究进展，重点介绍了GERDA实验的最新结果。它包括对这一主题五十年研究的评价以及展望。
2018-01-19 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Design and Performance of the GERDA Low-Background Cryostat for Operation in Water
在寻找$^{76}$ Ge的无中微子双β衰变过程中，在INFN国立大萨索实验室进行的锗探测器阵列（GERDA）实验在感兴趣的区域获得了远低于10 $^{-3}$ cts/（keV $\cdot$ kg $\cdot$ yr）的前所未有的低本底。它利用了第一次实现的一种新的屏蔽概念的基础上，一个大型低温恒温器充满了液体惰性气体，浸没在水箱。锗探测器无需在液氩中封装即可工作。氩气和水将实验室和低温恒温器构造材料的环境背景屏蔽到可忽略的水平。在此期间，各种实验都采用了同样的方法。本文概述了64 m $^3$液氩低温恒温器及其相关基础设施的设计和运行经验。讨论包括与水箱中大型低温恒温器的操作相关的具有挑战性的安全问题。
2022-02-08 nucl-ex physics.ins-det
Background free search for neutrinoless double beta decay with GERDA Phase II
粒子物理学的标准模型无法解释我们宇宙中物质对反物质的支配地位。在许多模型的扩展中，这是中微子是它们自己的反粒子（马约拉纳粒子）的一个非常自然的结果，这意味着一个轻子数违反放射性衰变称为无中微子双β（$0νββ$）衰变应该存在。检测这种极其罕见的假设过程需要最大限度地抑制任何类型的背景。GERDA合作研究$^{76}$ Ge（$^{76}\rm{Ge} \rightarrow\,^{76}\rm{Se} + 2e^-$）的$0νββ$衰变，方法是操作由锗制成的裸探测器，在液态氩中富集$^{76}$ Ge部分。在这里，我们报告了GERDA第二阶段的第一批数据。本底水平为$\approx10^{-3}$ cts/（keV $\cdot$ kg $\cdot$ yr），如果按锗探测器的窄能量-信号区域加权，这是世界上最好的。结合I期和II期数据，我们未发现任何信号，并推导出$5.3\cdot10^{25}$ yr在90% C. L下半衰期的新下限。我们的$4.0\cdot10^{25}$ yr的灵敏度与同位素质量明显更大的实验之一具有竞争力。GERDA是第一个$0νββ$实验，将是背景免费的，直到其设计曝光。这一进展依赖于一种新型的主动否决系统，优越的锗探测器能量分辨率和我们新探测器的改进背景识别。对$0νββ$衰变的基本上无背景搜索的独特发现潜力激发了具有更高灵敏度的更大的锗实验。
2017-04-05 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Search for the in-situ production of $^{77}$Ge in the GERDA neutrinoless double-beta decay experiment
在GERDA二期数据中通过延迟符合方法搜索$^{77}$Ge衰变，未发现信号，给出产生率上限<0.38 nuc/(kg·yr)，证实蒙特卡洛预测，并可用于抑制LEGEND-1000的宇宙成因本底。
2025-06-20 astro-ph.IM nucl-ex
Neutron Interactions as Seen by A Segmented Germanium Detector
锗探测器阵列（GERDA）是为寻找“无中微子双β衰变"（0-nu-2-β）而设计的，其锗探测器富含Ge 76。一个18倍分段原型探测器的GERDA第二阶段暴露于AmBe中子源，以提高中子诱导的背景的理解。研究了中子与锗同位素本身和周围材料的相互作用。段信息用于识别记录的能谱中的中子诱导峰。利用Geant 4仿真软件包MaGe对实验进行了仿真。虽然Geant 4正确地描述了中子激发的锗同位素的许多光子峰，但一些物理过程被认为是错误的，甚至是遗漏的。
2007-11-14 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
Mitigation of $^{42}$Ar/$^{42}$K background for the GERDA Phase II experiment
来自$^{42}$ Ar衰变链的背景被认为是与GERDA实验最相关的背景之一，该实验旨在寻找$^{76}$ Ge的无中微子双β衰变。灵敏度强烈依赖于衰减Q值周围背景的缺乏。来自$^{42}$ K（$^{42}$ Ar的子代）的背景可以通过来自端点为3.5 MeV的连续谱的电子对该背景做出贡献。在低本底试验设施LArGe进行了针对这一本底来源的抑制方法的研究和开发。结果表明，通过减少$^{42}$ K离子收集在宽能量锗探测器的表面上，结合脉冲形状鉴别技术和氩闪烁否决，有可能抑制$^{42}$ K背景的三个数量级。这对于GERDA实验的第二阶段是足够的。
2017-08-01 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
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
Status and prospects of searches for neutrinoless double beta decay
两个中子在一个原子核中同时发生β衰变而不发射中微子（称为无中微子双β衰变）是一个轻子数破坏过程，在粒子物理学的标准模型中是不允许的。使用不同的候选同位素和各种检测技术进行了十几次实验，正在寻找这种衰变。一些（EXO-200，Kamland-Zen，GERDA）最近开始获取数据。EXO和Kamland-Zen报告了$^{136}$半衰期$T_{1/2}^{0ν}$的第一个限值。在这一领域十年来几乎没有进展之后，许多新的结果将很快审查海德堡-莫斯科合作的一部分已经观察到这种衰变的说法。审查了不同提案的敏感性。
2012-10-28 hep-ex nucl-ex
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
\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
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
Virtual depth by active background suppression: Revisiting the cosmic muon induced background of GERDA Phase II
通过宇宙μ子相互作用原位产生长寿命同位素可能会为深层地下罕见事件搜索产生不可忽视的背景。在LNGS的GERDA实验中，先前的蒙特卡罗研究确定了$^{77}$ Ge及其亚稳态$^{77m}$ Ge的延迟衰变是寻找$^{76}$ Ge的无中微子双β衰变的主要宇宙成因背景。这可能会限制下一代实验的灵敏度，目的是在无背景条件下增加$^{76}$ Ge质量，从而定义最小深度要求。用一组蒙特卡罗模拟对GERDA实验中的$^{77(m)}$ Ge背景进行了重新评估。获得的$^{77(m)}$ Ge生产率为（0.21 $\pm$ 0.01）核/（kg $\cdot$ yr）。在应用最先进的主动背景抑制技术和简单的延迟符合切割后，这对应于（2.7 $\pm$ 0.3）$\cdot10^{-6}$ cts/（keV $\cdot$ kg $\cdot$ yr）的背景贡献。通过这种策略实现的抑制相当于一个有效的μ子通量减少超过一个数量级。这种虚拟深度的增加为下一代罕见事件搜索开辟了道路。
2018-09-01 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
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
Neutrinoless double-beta decay search with the LEGEND experiment
本文介绍了以$^{76}$Ge为目标同位素的LEGEND无中微子双β衰变搜寻实验，公布了LEGEND-200首批数据的本底水平，结合前代实验数据得到了当前最高的$^{76}$Ge 0νββ衰变半衰期灵敏度与限制。
2025-01-17 nucl-ex
Improvement of the Energy Resolution via an Optimized Digital Signal Processing in GERDA Phase I
为寻找~（76）Ge无中微子双β衰变的GERDA实验设计了一个优化的数字成形滤波器。对GERDA第一阶段的能量刻度数据进行了重新处理，得到了在0νββ衰变的~（76）Ge Q值处能量分辨率（FWHM）平均提高0.3keV的结果。这是可能的，这得益于增强的低频噪声抑制的零面积尖（ZAC）信号整形滤波器。
2015-02-15 nucl-ex physics.ins-det
Upgrade for Phase II of the GERDA Experiment
GERDA合作项目正在意大利大萨索国家核物理研究所对$^{76}$ Ge的无中微子双β衰变进行灵敏的研究。GERDA实验从第一阶段升级到第二阶段已于2015年12月完成。第二阶段数据的首次发布表明，与第一阶段相比，将背景抑制一个数量级的目标已经实现。因此，GERDA是第一个在设计暴露量（100公斤/年）内保持无背景的实验。因此，在数据收集的3年内，其半衰期灵敏度将达到10年以上的$^{26}$。本文详细介绍了第二阶段的实验装置的修改和改进，并讨论了个别探测器组件的性能。
2017-11-04 nucl-ex physics.ins-det
GELATIO: a general framework for modular digital analysis of high-purity Ge detector signals
GELATIO是为GERDA无中微子双β衰变实验开发的先进数据分析和数字信号处理的新软件框架。该框架是专门为处理高纯度锗探测器和光电倍增器从否决计数器记录的信号的完整分析流程。它旨在支持多通道模块化和灵活的分析，可由用户通过人类可读的初始化文件或通过图形界面进行广泛定制。该框架将数据组织成一个多层次的结构，从原始数据到浓缩的分析参数，并包括工具和实用程序来处理不同层次之间的数据流。GELATIO是用C++实现的。它依赖于ROOT及其扩展TAM，后者提供了与PROOF的兼容性，使软件能够在计算机集群或众核机器上并行运行。它在不同的平台上进行了测试，并在几个与GERDA有关的应用程序中进行了基准测试。一个稳定的版本目前可用于GERDA协作，它是用来提供实验数据的参考分析。
2011-06-09 hep-ex nucl-ex physics.data-an
Calibration of the GERDA experiment
锗探测器阵列（GERDA）合作研究了$^{76}$ Ge中的无中微子双$β$衰变，使用了大约40个高纯度同位素富集锗探测器阵列。在测量的两个发射电子的总能谱中，衰变的实验特征是在Q $_{ββ}$ = 2039.061（7）keV处的单能信号。锗探测器的能量重建和分辨率对于从各种背景中分离潜在信号至关重要，例如标准模型允许的中微子伴随的双$β$衰变。使用来自常规$^{228}$ Th校准的数据，确定并监测能量分辨率和稳定性作为时间的函数。在这项工作中，我们描述了校准过程和相关的数据分析的完整的GERDA数据集，定制，以保持良好的分辨率的个别锗探测器时，结合几年的数据。
2021-03-25 nucl-ex physics.ins-det
Modeling of GERDA Phase II data
INFN的Gran Sasso地下实验室（LNGS）的锗探测器阵列（GERDA）实验正在寻找$^{76}$ Ge的无中微子双β（$0νββ$）衰变。GERDA的技术挑战是在对实验的全部100 $\,$ kg $\cdot$ yr目标暴露进行分析切割后，在感兴趣区域（ROI）中以“无背景”的方式操作。为了预测$Q_{ββ}$周围的ROI中事件的形状和组成以用于$0νββ$搜索，为了提取中微子的双β衰变模式（$2νββ$）的半衰期的精确测量以及为了识别残留杂质的位置，对全范围能谱的仔细建模和分解是必不可少的。后者将允许未来的实验建立策略，以进一步降低背景并实现更好的灵敏度。在这篇文章中，背景分解分析削减之前，介绍了GERDA第二阶段。背景模型拟合在ROI中产生平坦光谱，富集BEGe数据集的背景指数（BI）为$16.04^{+0.78}_{-0.85} \cdot 10^{-3}\,$ cts/（kg $\cdot$ keV $\cdot$ yr），富集同轴数据集的背景指数为$14.68^{+0.47}_{-0.52} \cdot 10^{-3}\,$ cts/（kg $\cdot$ keV $\cdot$ yr）。这些值与Gerda第一阶段的值相似，尽管探测器的数量要多得多，因此放射性硬件组件也多得多。
2019-10-18 nucl-ex physics.ins-det
Probing flavor models with Ge-76-based experiments on neutrinoless double-beta decay
研究了Ge-76双β衰变实验的分阶段方法的物理影响。所考虑的方案依赖于GERDA和MAJORANA合作设想的现实时间表，这两个合作伙伴正在共同努力实现未来更大规模的Ge-76实验。实验的中间阶段被设想为执行准无背景测量，并且可以可靠地组合不同的数据集以最大化物理结果。这样一个全球性的分析的灵敏度，重点是如何中微子味模型可以探测已经与初步阶段的实验。理论和实验之间的协同作用对双方都有很大的好处：模型预测可以用来合理地规划实验阶段，中间阶段的结果可以用来约束整个理论场景。这种策略显然为实验工作带来了附加值，同时也使我们能够尽早获得有价值的物理结果。
2015-06-19 hep-ex hep-ph nucl-ex
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
Measurement of the half-life of the two-neutrino double beta decay of Ge-76 with the Gerda experiment
在INFN的Gran Sasso国家实验室进行的锗探测器阵列（Gerda）实验的主要目标是寻找Ge-76的无中微子双β衰变。由富含Ge-76的材料制成的高纯度锗探测器直接浸入液氩中操作，从而大大减少了先前实验的背景。对第一阶段实验中收集的前5.04千克/年的数据进行了分析，以测量Ge-76的中微子伴随双β衰变的半衰期。在600和1800 keV之间的能量范围内观察到的光谱主要由Ge-76的双β衰变。从Gerda数据中提取的半衰期为T（1/2）=（1.84 + 0.14 - 0.10）10^{21}年。
2012-12-13 hep-ex nucl-ex
The first search for bosonic super-WIMPs with masses up to 1 MeV/c$^2$ with GERDA
我们提出了第一次搜索玻色子超弱相互作用粒子作为千电子伏级的暗物质候选人进行的GERDA实验。GERDA是一个无中微子双β衰变实验，在意大利INFN国家实验室的超低本底环境中操作富含$^{76}$ Ge的高纯度锗探测器。在60 keV/c $^2$到1 MeV/c $^2$的质量区域内对赝标量和矢量粒子进行了测量。没有暗物质信号的证据被观察到，和最严格的约束与质量超过120 keV/c的超级WIMP的耦合$^2$已经设置。作为一个例子，在150 keV/c的$^2$的轴子类粒子和暗光子的无量纲耦合的$g_{ae} < 3 \cdot 10^{-12}$和${α'}/α < 6.5 \cdot 10^{-24}$的电子在90%的可信区间，分别得到了最严格的直接限制。
2020-06-11 hep-ex nucl-ex
Feasibility study of the observation of the neutrino accompanied double beta-decay of Ge-76 to the 0+(1) excited state of Se-76 using segmented germanium detectors
Ge-76的双β衰变伴随的中微子可以布居Se-76的基态和激发态。虽然已经观察到衰变到基态的半衰期为1.74 + 0.18 - 0.16 10^21年，但尚未观察到衰变到激发态。核基质元素取决于核跃迁的细节。本文所考虑的跃迁半衰期的测量有助于减少Ge-76无中微子双β衰变的核矩阵元计算的不确定性。这个参数将这个过程的半衰期与有效的马约拉纳中微子质量联系起来。本文介绍了用Ge-76到Se-76的激发态双β衰变探测中微子的可行性研究结果。在这项研究中，假设分段锗探测器。这种探测器的Ge-76丰度约为86%，将用于设在意大利INFN Gran Sasso国家实验室的GERDA实验。结果表明，只要Ge-76衰变到Se-76的1122 keV 0+能级的过程的半衰期在本计算所支持的范围内（7.5 × 10^21 y到3.1 × 10^23 y），就可以在GERDA中观察到Ge-76的衰变。
2007-02-13 nucl-ex
Results on $ββ$ decay with emission of two neutrinos or Majorons in $^{76}$Ge from GERDA Phase I
利用在意大利INFN国家实验室进行的锗探测器阵列（GERDA）第一阶段实验中收集的数据，对伴随着Majoron发射的无中微子$ββ$衰变过程进行了研究。搜索谱指数n = 1、2、3、7的过程。没有发现信号，并且推导出它们的半衰期的10 $^{23}$年的数量级的下限，与以前用$^{76}$ Ge进行的实验相比，得到了实质性改进的结果。给出了$^{76}$ Ge的中微子伴随$ββ$衰变的半衰期的新结果，其不确定度大大降低，结果为$T^{2ν}_{1/2} = (1.926 \pm 0.095)\cdot10^{21}$ yr。
2015-01-10 nucl-ex physics.ins-det
Liquid argon light collection and veto modeling in GERDA Phase II
针对GERDA实验无中微子双β衰变探测的低本底需求，建立了经校准数据约束的蒙特卡罗液氩反符合模型，用于本底预测与分解。
2022-12-06 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Production, characterization and operation of $^{76}$Ge enriched BEGe detectors in GERDA
格兰萨索地下实验室（LNGS）的锗探测器阵列（GERDA）搜索$^{76}$ Ge的无中微子双β衰变（0νββ）。由具有富集的$^{76}$ Ge部分的材料制成的锗检测器同时充当该衰变的源和检测器。在第一阶段的实验主要是翻新的半同轴锗探测器从以前的实验中使用。对于即将到来的第二阶段，生产了30个新的$^{76}$宽能量锗（BEGe）型富锗探测器。这些探测器的一个分组已经在第一阶段在GERDA部署。本文综述了这些BEGe探测器的完整生产链，包括同位素富集、纯化、晶体生长和二极管生产。描述了在优化质量产率和最小化处理期间$^{76}$ Ge富集锗对宇宙辐射的暴露方面的努力。此外，在真空低温恒温器的第一小组的七个BEGe探测器和它们的长期行为在液氩中的特性测量进行了讨论。探测器性能满足GERDA Phase~II物理目标的要求。
2014-10-03 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Pulse shape analysis in GERDA Phase II
锗探测器阵列（GERDA）合作在INFN的Gran Sasso国家实验室使用同位素富集的高纯锗探测器搜索$^{76}$ Ge中的无中微子双$β$衰变。在第一阶段（2011-2013年）之后，该实验受益于几次升级，包括基于LAr仪器的额外主动否决，以及通过点接触锗探测器显著增加质量，将第二阶段（2015-2019年）的半衰期灵敏度提高了一个数量级。在背景缓解策略的核心，单个脉冲的时间分布的分析提供了一个强大的拓扑歧视的信号和背景的事件。在脉冲形状鉴别性能的评估中，考虑了来自常规$^{228}$ Th校准的数据和物理数据。在这项工作中，我们描述了各种方法，适用于收集的数据，在GERDA第二阶段对应的暴露量为103.7公斤$\cdot$年。这些方法在Q $_{ββ}$ = 2039 keV附近的感兴趣区域中将背景抑制约5倍，同时保留（81 $\pm$ 3）%的信号。此外，还提供了最终数据分析中使用的参数的详尽列表。
2022-02-27 nucl-ex physics.ins-det
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
Limits on uranium and thorium bulk content in GERDA Phase I detectors
高纯锗探测器本体中的$^{238}$ U、$^{235}$ U和$^{232}$ Th的内部污染是寻找$^{76}$ Ge无中微子双β衰变实验的潜在本底。通过寻找完整的衰变链和同一探测器中连续衰变之间的时间相关性，对来自GERDA第一阶段的数据进行了分析。对于$^{238}$ U、$^{235}$ U和$^{232}$ Th的长寿命子核素$^{226}$ Ra、$^{227}$ Ac和$^{228}$ Th，在几个nBq/kg的范围内的放射性上限已被导出。利用这些上限，估计了来自$^{226}$ Ra和$^{228}$ Th污染的感兴趣的能量区域中的背景指数，其满足未来吨级锗双β衰变实验的先决条件。
2016-11-18 nucl-ex physics.ins-det
Characterization of inverted coaxial $^{76}$Ge detectors in GERDA for future double-$β$ decay experiments
用锗探测器寻找$^{76}$ Ge的无中子双$β$衰变，其中衰变源和探测器是相同的.为了未来实验的成功，增加探测器的质量是很重要的。我们在这里报告的表征和测试的五个原型探测器制造的倒置同轴（IC）的几何形状的材料富集到88%的$^{76}$锗。IC探测器将传统半同轴Ge探测器的大质量与迄今为止表现出低得多的质量的点接触探测器的优越分辨率和脉冲形状辨别能力相结合。它们的性能已被发现是令人满意的，无论是在真空低温恒温器和裸液氩内的GERDA设置。在真空低温恒温器中，测量了$^{76}$ Ge（Q $_{ββ}$ = 2039 keV）双$β$衰变的Q值分辨，其半峰全宽约为2.1 keV。在锗探测器阵列（GERDA）实验的超低本底环境中运行18个月，累积暴露量为8.5 kg $\cdot$ yr，分析切割后的本底指数测量为$4.9^{+7.3}_{-3.4}\times 10^{-4}$计数/（keV $\cdot$ kg $\cdot$ yr），约为Q $_{ββ}$。这项工作证实了IC探测器用于下一代实验LEGEND的可行性。
2021-03-28 nucl-ex physics.ins-det
The GERDA experiment for the search of 0νββ decay in ^{76}Ge
GERDA合作项目正在用epsilon探测器寻找^{76}Ge的无中微子双β衰变。该实验已在Gran Sasso的Nazionali医院安装并投入使用，并于2011年11月开始运行。介绍了设计、施工和首次运行结果，以及研发阶段的详细信息。
2012-12-17 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Double beta decay experiments: beginning of a new era
本文对双β衰变过程的实验研究现状进行了综述。最敏感的实验结果进行了讨论，并讨论了有效马约拉纳中微子质量（$<m_ν>) are given. New results on two neutrino double beta decay are presented. The special attention is given to new current experiments with mass of studied isotopes more than 100 kg, EXO--200 and KamLAND--Zen. These experiments open a new era in research of double beta decay. In the second part of the review prospects of search for neutrinoless double beta decay in new experiments with sensitivity to $ <m_v> $ at the level of $ \sim 0.01-0.1$ eV的现代限制值。给出了最有前景的项目（CUORE、GERDA、MAJORANA、SuperNEMO、EXO、KamLAND-Zen、SNO+）的参数和特性。
2012-09-19 nucl-ex
ZnMoO4: a promising bolometer for neutrinoless double beta decay searches
为了研究Mo-100的无中微子双β衰变，我们研究了两种ZnMoO 4晶体作为测辐射热计的性能。我们提出的α与β/γ歧视，通过闪烁光以及通过单独的热信号的形状的研究获得的结果。使用热-光散射图，在Tl-208的2615 keV线处获得的辨别能力为8 sigma，而单独使用热脉冲的形状则超过20 sigma。实现的FWHM能量分辨率范围从2.4 keV（在238 keV）到5.7 keV（在2615 keV）。通过407小时的本底测量，评价了ZnMoO 4晶体的内部放射性污染。获得的Th-228和Ra-226的限值< 32 microBq/kg。这些值用于蒙特卡罗模拟，目的是评估可能的、未来的富集ZnMoO 4晶体阵列的可实现的背景水平。
2012-02-01 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
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
Depth Requirements for a Tonne-scale 76Ge Neutrinoless Double-beta Decay Experiment
无中微子双β衰变实验可以潜在地确定中微子的马约拉纳或狄拉克性质，并有助于理解中微子的绝对质量标度和等级。未来基于76 Ge的研究目标是半衰期灵敏度>10^27 y，以探索中微子的质量等级。要达到这种灵敏度，需要在衰变Q值周围的4 keV宽的感兴趣光谱区域内，背景速率<1计数吨^-1 y^-1。我们调查所需的超载，以达到这个背景的目标，在吨级的实验与紧凑的（铜和铅）屏蔽的基础上的宇宙射线背景率的蒙特卡罗计算。我们发现，鉴于目前在这些类型的计算中存在很大的不确定性，需要一个地下深度>~5200 mwe的场地进行吨级试验，该试验采用类似于计划中的40 kg MAJORANA演示器的紧凑屏蔽。所需的覆盖层高度依赖于所选择的屏蔽配置，并且如果例如采用液体冷冻剂和水屏蔽或主动中子屏蔽，则可以显著地放松。MAJORANA DEMONSTRATOR和GERDA探测器的运行将有助于减少宇宙射线背景速率的不确定性，并将影响未来吨级实验的屏蔽类型和位置的选择。2013年4月：同行审议进程显示，需要更好地确定否决权拒绝因素之一（第12页所述的4的因素）。我们对这一参数的重新评估迄今为止没有得到对手稿中所述值的有力支持，我们需要进一步研究以得出可靠的估计。这项进一步的研究将取代本文中所描述的工作，并且可能会或可能不会导致关于未来吨级76 Ge无中微子双β衰变实验的~>5200 mwe要求的相同结论。
2013-04-18 nucl-ex
Pulse shape discrimination performance of Inverted Coaxial Ge detectors
我们报告的两个倒置的同轴锗探测器的特性的背景下，在未来的$^{76}$锗无中微子双β（$0νββ$）衰变实验。与目前在GERDA $0νββ$衰变实验中使用的平面宽能Ge探测器（BEGe）相比，这样的探测器可以用更大的Ge质量来生产，这是一个优点。由于电缆、电子器件和支架的减少，这将导致搜索$0νββ$衰减的背景降低。在$^{76}$ Ge Q值附近的2039 keV测量分辨率为2.5 keV，它们的脉冲形状特性与BEGe探测器相似。得出的结论是，这种类型的Ge探测器适合用于$^{76}$ Ge $0νββ$衰变实验。
2017-11-04 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
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
Pulse shape discrimination for GERDA Phase I data
位于LNGS的GERDA实验使用锗二极管作为源和检测器来搜索^{76}Ge的无中微子双β（0νββ）衰变。在实验的第一阶段，部署了八个半同轴和五个BEGe型探测器。后一种类型是第一次在这一领域的研究。所有探测器均由具有富集^{76}Ge组分的材料制成。通过分析探测器信号的脉冲形状，以剔除背景事件为目的，可以提高实验灵敏度。本文记录了在I期数据揭盲之前开发的算法。用2.615 MeV γ射线的双逃逸峰（DEP）和Compton边事例作为0νβ β衰变的替代。对于BEGe探测器，所选择的选择基于单个脉冲形状参数。它接受0.92 $\pm$ 0.02的信号样事件，而在Q_{ββ} =2039 keV的背景事件的约80%被拒绝。对于半同轴探测器的三个分析。基于人工神经网络的方法用于0νββ衰变的搜索。它保留了90%的DEP事件，并拒绝了Q_{ββ}周围大约一半的事件。2个νββ衰变的效率为0.85 \pm 0.02，0νββ衰变的效率为0.90^{+0.05}-0.09}。第二种分析使用在康普顿边缘事件上训练的似然方法。第三种方法使用两个脉冲形状参数。后两种方法证实了神经网络的分类，因为大约90%的被神经网络拒绝的数据事件也被这两种方法去除。一般来说，从DEP事件提取的选择效率与从康普顿边缘事件或从2νββ衰变确定的选择效率一致。
2013-07-09 nucl-ex physics.ins-det
