Discovery probability of next-generation neutrinoless double-$β$ decay experiments
在中微子是其自身反粒子的普遍假设下，评估了未来寻找无中微子双$β$衰变实验的贝叶斯发现概率。进行贝叶斯全局拟合以构建有效马约拉纳质量的概率分布，该有效马约拉纳质量是这些实验的感兴趣的观测量。然后将该概率分布与从启发式计数分析得出的每个实验的灵敏度相结合。发现的概率被认为是高于以前认为，但强烈依赖于中微子质量排序是正常的或倒置。对于反向排序，下一代实验可能在其第一个操作阶段就已经观察到信号。即使对于正常有序，在没有中微子质量机制驱动最轻态或有效马约拉纳质量为零的情况下，在最有希望的实验中发现无中微子双$β$衰变的概率也可以达到$\sim$ 50%或更高。
2017-07-21 hep-ex hep-ph nucl-ex
What can we learn from neutrinoless double beta decay experiments?
我们评估如何以及下一代无中微子双β衰变和正常中微子β衰变实验可以回答四个基本问题。1)如果无中微子双β衰变搜索没有检测到信号，并且已知光谱是反层次的，我们是否可以得出中微子是狄拉克粒子的结论？2)如果无中微子双β衰变搜索结果为负，而下一代普通β衰变实验检测到中微子质量标度，我们是否可以得出中微子是狄拉克粒子的结论？3)如果在一个大中微子质量元素中观察到无中微子双β衰变，那么中微子的总质量是多少？4)如果观测到了无中微子双β衰变，但下一代β衰变寻找中微子的质量只设定了一个质量上限，我们能否确定质量等级是正常的还是颠倒的？我们的答案基于下一代无中微子双β衰变实验的预期性能和核矩阵元计算精度的模拟。
2004-04-08 astro-ph hep-ph nucl-ex
Solar Neutrinos as Background to Neutrinoless Double-beta Decay Experiments
太阳中微子在双β衰变（\BB）探测器内相互作用，并对\BB \实验产生背景效应.本文计算了太阳中微子与\BB Ge、$^{82}$ Se、$^{100}$ Mo、$^{130}$ Te、$^{136}$ Nd和$^{150}$ Nd核的电荷流相互作用的背景贡献。它们被证明是显着的未来高灵敏度的\BB \实验，可能会搜索马约拉纳中微子质量的反层次质量区域。讨论了太阳中微子背景的影响及其减少对未来\BB \实验的影响。
2017-08-02 nucl-ex physics.ins-det
CUORE and beyond: bolometric techniques to explore inverted neutrino mass hierarchy
CUORE（罕见事件低温地下观测站）实验将寻找$^{130}$ Te的无中微子双β衰变。CUORE拥有741公斤的TeO $_2$晶体，在感兴趣的区域具有5 keV（0.2%）的出色能量分辨率，将成为最具竞争力的无中微子双β衰变实验之一。在五年的寿命期内，CUORE计划的无中微子双β衰变半衰期灵敏度为$1.6\times 10^{26}$ y（在90%置信水平下为$9.5\times10^{25}$ y），这对应于马约拉纳有效质量的上限，范围为40- 100 meV（50- 130 meV）。利用辅助光探测器进一步剔除背景可以显著提高测辐射热探测器的搜索灵敏度和竞争力，以充分探索$^{130}$ Te和可能的其他双β衰变候选核的反中微子质量等级。
2014-07-04 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
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
Low background techniques in bolometers for double-beta decay search
测辐射热计是一种低温粒子探测器，具有高能量分辨率和探测效率。某些类型的测辐射热探测器也能够执行有效的粒子识别。各种各样的辐射纯电介质和抗磁性材料使测辐射热技术在天体粒子物理学中的应用有利。特别是，由于其优越的性能，测辐射热计在世界范围内的努力寻找无中微子双β衰变的重要作用。这样的实验强烈要求极低水平的背景，可以很容易地模仿搜索的过程。本文综述了低本底辐射热双β衰变探测技术的最新进展。
2017-11-03 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Xenon-Doped Liquid Argon TPCs as a Neutrinoless Double Beta Decay Platform
本研究探讨了在10 kton级地下液氩TPC中掺杂2%氙以搜寻无中微子双贝塔衰变的方案，分析了设计要求与背景抑制，发现该探测器有望达到2-4 meV的$m_{ββ}$灵敏度。
2022-03-24 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Search for Majorana Neutrinos near the Inverted Mass Hierarchy Region with KamLAND-Zen
我们提出了一个改进的搜索无中微子双β（$0νββ$）衰变的$^{136}$在KamLAND-Zen实验。由于氙负载的液体闪烁体的纯化，我们实现了显着减少的$^{110m}$银污染物在以前的搜索中确定。结合第一阶段和第二阶段的结果，我们获得了90% C. L时$0νββ$衰变半衰期的下限为$T_{1/2}^{0ν} > 1.07 \times 10^{26}$年，比以前的限制提高了近六倍。使用普遍采用的核矩阵元计算，相应的上限的有效马约拉纳中微子质量的范围为61-165 meV。对于最乐观的核矩阵元，这个极限达到准简并中微子质量区域的底部。
2016-07-07 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Nano-tracking detector for neutrinoless double beta decay characterization
在标准模型的许多可能产生中微子质量的扩展中，大多数都需要中微子是马约拉纳费米子。如果是这样的话，那么我们就可以预测，这种罕见的无中微子双β衰变过程的半衰期将大于约$10^{25}$年。许多当前和未来的实验通过在衰变的Q值处识别总和双β能量来寻找这种衰变，但是添加单个β的能量和角度测量允许探索潜在的衰变机制。这里将介绍一种基于薄膜CdTe器件巧妙组合的新型纳米跟踪探测器。该跟踪器将具有100 nm量级的一维空间分辨率，同时测量检测器中电子反冲的整个轨道长度上的能量沉积。这使得能量和角相关测量潜在的无中微子双β衰变信号，以及一个独特的背景抑制能力。深度学习算法将用于重建电子路径、双β信号并执行相关性分析，同时将允许明确区分双β和单β或γ诱导的电子反冲。将介绍探测器概念以及初步研究，以演示其操作和无中微子双β衰变的物理范围。通过利用反冲歧视，这些探测器阵列可以超越倒置层次进行探测，以遵循下一代无中微子双β衰变实验或作为发现后表征实验。
2019-10-16 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
Experimental searches of neutrinoless double beta decay
无中微子双衰变是研究轻子数守恒和中微子性质的一种独特的方法。它允许调查狄拉克/马约拉纳性质的中微子和他们的绝对质量规模（层次问题）前所未有的灵敏度。目前正在准备一些实验，以涵盖中微子质谱的准简并区。然而，需要改进的灵敏度来探测所谓的倒置层次区域。这是一个真正的挑战所面临的一些新提出的项目，无论是基于大规模扩大目前的实验或新的想法顶部提高技术性能或减少背景的贡献。最相关的正在进行的实验进行审查。最相关的参数有助于实验的灵敏度进行了讨论，并提出了一个关键的比较未来的项目。
2012-12-24 hep-ex nucl-ex
First test of an enriched $^{116}$CdWO$_4$ scintillating bolometer for neutrinoless double-beta-decay searches
首次成功地将富含$^{116}$ Cd的钨酸镉晶体闪烁体用作测量辐射热计。测量在地面上在18 mK的温度下进行。晶体质量为34.5 g，富集程度约为82%。尽管由于地面上的操作而产生了大量的堆积效应，但该探测器表现出了高能量分辨率（在0.2-2.6 MeV $γ$能量范围内的2-7 keV半高宽）、强大的粒子识别能力和高水平的内部放射性纯度。这些结果证明钨酸镉是一种非常有前途的探测器材料，用于下一代无中微子双β衰变测辐射热实验，如CUPID项目（CUORE升级与粒子识别）中提出的。
2016-06-24 nucl-ex physics.ins-det
Resolution enhancement with light/heat decorrelation in CUPID-0 bolometric detector
CUPID-0实验使用第一个具有双（热和光）读出的富Zn $^{82}$ Se蒸发测辐射热计阵列搜索无中微子双β衰变（$0νββ$）。为了进一步提高CUPID-0探测器的性能，利用热光相关来提高能量分辨率。已经研究了不同的去相关算法，并且最好的结果是将半高全宽（FWHM）能量分辨率平均降低到其原始值的$(90.5\pm0.6)~\%$，对应于在2615 keV $γ$线处从$\text{FWHM}=(20.7\pm0.5)~\text{keV}$到$\text{FWHM}=(18.7\pm0.5)~\text{keV}$的变化。
2019-05-09 nucl-ex physics.ins-det
Cosmogenic background study for a 100Mo-based bolometric demonstration experiment at China JinPing underground Laboratory
对中国金平地下实验室10 kg $^{100}$钼基无中微子双β衰变（$0νββ$）测辐射热演示实验进行了模拟研究。基于CRY库中的模拟宇宙线数据，利用Geant 4工具包研究了$^{100}$富钼锂单晶和探测器系统铜组件中放射性核素的宇宙成因产生。研究了对$^{100}$钼基$0νββ$实验有害的宇宙成因放射性核素$^{56}$ Co、$^{82}$ Rb和$^{88}$ Y的本底能谱。然后，我们评估总宇宙背景水平的$^{100}$钼$0νββ$搜索能量感兴趣的区域（ROI）的演示实验。在地下冷却一年后，发现晶体和铜组分的剩余背景贡献分别为1.8 $\times$ 10 $^{-6}$ cts/kg/keV/yr和3.3 $\times$ 10 $^{-4}$ cts/kg/keV/yr。在此基础上，利用CJPL中子、质子模拟谱计算了铜锂单晶的地下宇宙成因活化。地下宇宙背景被认为是可以忽略不计的ROI。
2022-06-18 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Minimal Schemes for Large Neutrino Mixings with Inverted Hierarchy
现有的振荡数据指向非零中微子质量与大的混合。我们分析了中微子Majorana质量矩阵的一般特征，构造了中微子质量矩阵的{ \it minimal schemes}，它可以解释MSW-LAM的大（但不是最大）ν_e - ν_mu混合以及几乎最大的ν_mu - ν_tau混合和小（或可忽略的）ν_e -> ν_tau跃迁.这些最小方案是非常独特的，并且具有极强的预测性。分析了无中微子双β衰变、氚β衰变和宇宙学的意义。
2002-05-17 astro-ph hep-ex hep-ph
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
The Search for Neutrinoless Double Beta Decay in CUORE
理解中微子质量的本质需要超越粒子物理学长期存在的标准模型的物理学。无中微子双β衰变实验，如罕见事件低温地下观测站（CUORE），是唯一适合探测中微子质量的剩余奥秘，特别是中微子的马约拉纳性质的问题。CUORE将是意大利Gran Sasso国家实验室的下一代实验;它将由988个TeO 2探测器晶体阵列组成，工作温度约为10 mK，采用Cuoricino实验建立的测热技术。它将寻找理论上预测的Te-130中无中微子双β衰变产生的能量信号，因此探测器的可靠能量校准对实验的成功至关重要。我们将介绍Cuoricino的最新结果，并讨论CUORE项目的现状，特别强调校准系统的开发。
2009-10-15 nucl-ex
Complementarity of Neutrinoless Double Beta Decay and Cosmology
无中微子双β衰变实验限制了中微子参数的一种组合，而宇宙测量则限制了另一种组合。这种互补性开启了一系列令人兴奋的可能性。如果中微子是马约拉纳粒子，并且中微子质量遵循倒置的层次结构，那么即将进行的两组实验都将检测到信号。结合的约束不仅将确定中微子的质量，而且还将约束马约拉纳相之一。如果这个层次是正常的，那么下一代的实验不太可能探测到β衰变，但是宇宙巡天可以限制质量的总和相对较重，从而产生一个无中微子双β衰变率的下限，因此是下一代β衰变实验的论据。在这种情况下，相位的组合也将受到约束。
2014-03-20 astro-ph.CO hep-ph nucl-ex
Effect of SiO2 coating in bolometric Ge light detectors for rare event searches
在用于封装测辐射热计的锗基光检测器中，通常将SiO $_2$抗反射涂层施加在锗晶片的暴露于光的一侧上，目的是提高其光收集效率。在本文中，我们报告了一个测量，在25-35 mK的温度范围内，由于这种方法，这导致了20%的顺序获得的光收集增加。所遵循的程序经过精心选择，以尽量减少系统性影响。所采用的光源具有相同的光谱特征（峰值在$\sim 630$ nm波长处），这将支持未来在同位素$^{82}$ Se上和基于ZnSe晶体（如LUCIFER）的无中微子双β衰变实验。源和光探测器之间的耦合再现了用于校准测辐射热计的配置。本测量澄清了SiO $_2$涂层的作用，并描述了一种方法和一个设置，可以扩展到其他类型的涂层和发光材料的研究。
2012-12-01 nucl-ex physics.ins-det
Neutrinoless Double Beta Decay and Future Neutrino Oscillation Precision Experiments
我们将讨论在何种程度上未来的中微子混合观测的精确测量将影响我们可以从测量（或改进的限制）无中微子双β衰变的信息。虽然预计对应于太阳和大气中微子振荡的Delta m^2将以良好的精度已知，但参数theta_{12}将决定大部分不确定性。我们特别关注区分中微子质量等级的可能性，并对中微子质量设定一个限制。我们给出了中微子质量的最大允许值，允许区分正常的倒置层次。所有方面进行了讨论，作为一个功能的不确定性所涉及的核矩阵元素。消失，或极小的，有效质量的影响也进行了研究。通过给出大量可能的中微子质量矩阵及其对可观测量的预测，我们最终探索了如果相关参数的更精确值已知，无中微子双β衰变的测量（或改进的限制）如何帮助识别中微子质量矩阵。
2005-07-25 hep-ex hep-ph nucl-ex
Probing the Mechanism of Neutrinoless Double-Beta Decay in Multiple Isotopes
一个大型的实验计划正在进行中，以寻找未来十年的无中微子双β衰变。正在准备使用不同目标同位素的多个实验，以探索逆序轻中微子的整个参数空间，并有可能在其他几种情况下发现，包括正常有序轻中微子和其他奇异机制。我们调查到什么程度的远程和异国情调的短程贡献可以区分结合测量的衰变半衰期跨同位素。我们演示了如何在两个同位素的测量可能有助于联合测量高达两倍的简并度，以及如何在第三个同位素的进一步测量可能会消除这种简并度。我们还强调了将半衰期转换为有关潜在衰变机制的信息所需的核矩阵元素的精度。考虑到它们的相关性和不确定性的框架内的全球贝叶斯分析，我们评估的后果，未来可能减少10倍的不确定性。我们的工作激发了一个测量多个同位素中无中微子双β衰变的实验计划，因为这将打破参数简并推进我们对粒子物理学的理解超越标准模型。
2023-01-10 hep-ex hep-ph nucl-ex
R&D towards CUPID (CUORE Upgrade with Particle IDentification)
CUPID是一个未来的吨级无中微子双β衰变（$0νββ$）实验，用于探测中微子的马约拉纳性质，并发现中微子质量的所谓倒置层次区域中的轻子数违反。CUPID将建立在CUORE的经验、专业知识和教训的基础上，并将尽可能利用当前的CUORE基础设施。为了实现其雄心勃勃的科学目标，CUPID的目标是增加源质量并大幅减少感兴趣区域的背景。这需要同位素浓缩、升级的纯化和结晶程序、新的探测器技术、更严格的材料选择，以及可能与CUORE部署的最新技术水平有关的新屏蔽概念。本文件回顾并描述了CUORE内部和外部针对下一代测热$0νββ$实验开展的丰富多样的研发活动。另一份单独的文件更详细地讨论了CUPID的科学目标和时间表。
2015-04-14 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Impact of the leading-order short-range nuclear matrix element on the neutrinoless double-beta decay of medium-mass and heavy nuclei
我们评估了与实验最相关的核的无中微子双β（$0νββ$）衰变的前导阶短程核矩阵元，包括$^{76}$ Ge，$^{100}$ Mo，$^{130}$ Te和$^{136}$ Te。在我们的计算中，进行核壳模型和质子-中子准粒子随机相位近似（pnQRPA）的方法，我们估计这个术语的各种核哈密顿的接触电荷独立破缺耦合的耦合。我们的研究结果表明，显着的影响，短程矩阵元素，这是约$15\%-50\%$和$30\%-80\%$的标准$0νββ$ -衰变长程矩阵元素的壳模型和pnQRPA，分别。结合完整的矩阵元素的结果，从目前的$0νββ$衰变实验，我们发现，如果两个矩阵元素进行相同的符号，这些搜索移动显着向探测中微子质量的质量顺序颠倒。
2021-12-02 hep-ex hep-ph nucl-ex
A novel technique of particle identification with bolometric detectors
我们在本文中报告的证据，脉冲形状分析可以用于一些测辐射热计，以确定相互作用粒子的性质。事实上，虽然对纯热探测器中信号时间发展的详细分析迄今为止还没有产生有趣的结果，但对用闪烁晶体建造的测辐射热计的类似分析似乎表明，有可能区分电子或伽马射线与α粒子的相互作用。这一信息可用于从许多稀有过程研究，特别是无中子双β衰变研究中的记录数据中剔除本底事件。本文给出了不同成分吸收体（CaMoO_4、ZnMoO_4、MgMoO_4和ZnSe）的辐射热计的脉冲波形分析结果，并讨论了这种探测器的脉冲波形鉴别能力。
2011-08-18 nucl-ex
The $0\nu2β$-decay CROSS experiment: preliminary results and prospects
无中子双β衰变是粒子物理中的一个关键过程。它的实验研究是唯一可行的方法，可以建立中微子的马约拉纳性质，同时提供了一个敏感的轻子数破坏的包容性测试。CROSS（表面灵敏度低温稀有事件观测站）旨在开发和测试一种新的测热技术，用于未来寻找有希望的原子核$^{100}$ Mo和$^{130}$ Te的无中微子双β衰变的大规模实验。如CUORE实验的结果所示，对这一罕见过程进行大规模测热搜索的限制因素是由表面放射性污染引起的背景。CROSS的基本概念包括通过脉冲形状鉴别来拒绝这种具有挑战性的背景成分，通过包含感兴趣的同位素的晶体的表面的适当涂层来辅助，并作为测辐射热检测器的能量吸收体。在本文中，我们证明了沉积在晶体表面上的超纯Al 2 O3 Al薄膜成功地作为脉冲形状修改器，快速和慢速声子传感器。在基于Li $_2$ MoO $_4$和TeO $_2$晶体的一系列原型中，$α$表面放射性的拒绝因子高于99.9%。我们还表明，点状的能量沉积可以识别到距离$\sim 1$ mm的涂层表面。目前的计划设想在Canfranc实验室（西班牙）的地下CROSS专用设施中进行中间实验。这个实验包括$^{100}$ Mo的$\sim 3\times 10^{25}$核，将是CROSS技术的一般测试，也是对无中微子双β衰变的全球竞争性搜索，在最有利的条件下，对有效Majorana质量的灵敏度下降到70 meV…
2019-09-16 nucl-ex physics.ins-det
Left-right symmetry and leading contributions to neutrinoless double beta decay
本文研究了标准模型$W$玻色子与其假设的重右手粒子$W_R$之间的混合（LR混合）对无中微子双β衰变（$0νββ$ -衰变）速率的影响。我们的研究是在最小的左右对称模型，假设II型优势的情况下，与电荷共轭的左右对称。然后，我们表明，$0νββ$衰变率可能占主导地位的贡献成比例的LR混合，这在强子水平诱导的领导级的贡献，两个π介子和两个带电轻子之间的相互作用。由此产生的长程π介子交换贡献可以显着提高衰减率相比，以前认为的短程贡献。最后，我们发现，即使未来的宇宙学实验排除了中微子质量的倒置层次，仍然有很好的前景，在下一代的$0νββ$衰变实验的积极信号。
2020-09-02 hep-ph nucl-ex nucl-th
Constraining Neutrinoless Double-Beta Decay Matrix Elements from Ab Initio Nuclear Theory
本文利用第一性原理价空间介质内相似重整化群方法，通过34种手征相互作用研究76Ge中无中微子双β衰变矩阵元与双伽莫夫-泰勒巨共振等观测量的关联，以约束理论不确定性并考察矩阵元对相互作用的依赖性。
2022-10-11 hep-ph nucl-ex nucl-th
AMoRE: A search for neutrinoless double-beta decay of 100Mo using low-temperature molybdenum-containing crystal detectors
AMoRE是一个利用低温探测技术寻找100 Mo无中微子双β衰变的实验。这些晶体配备了金属磁量热传感器，可以在几十mK的温度下检测声子和光子信号。MMC传感器同时测量晶体中粒子相互作用产生的热和闪烁信号，提供了高能量分辨率和有效的粒子识别。AMoRE-Pilot是一个研发阶段，有六个48 deplyCa 100 MoO 4晶体，最终配置的总质量约为1.9 kg，在700米深的Yangyang地下实验室（Y2 L）运行。在2018年底完成AMoRE-Pilot运行后，目前正在Y2 L组装和安装AMoRE-I，该AMoRE-I具有约6 kg的晶体阵列，由13个48 deplCa 100 MoO 4和5个Li 2100 MoO 4晶体组成。我们已取得110公斤富含100 Mo同位素的MoO 3粉末，用于生产AMoRE-II阶段的晶体，该阶段将有约200公斤钼酸盐晶体，并在Yemilab运营，Yemilab是一个位于Handeok铁矿约1，100米深处的新地下实验室，目前正在挖掘，计划于2020年12月完工。AMoRE-II预计将提高有效马约拉纳中微子质量的上限，以覆盖整个倒置层次中微子质量区域：20-50 meV，在没有观察到这种衰变的情况下。介绍了AMoRE-Pilot的结果以及AMoRE-I和AMoRE-II的制备进展。
2020-05-12 astro-ph.IM hep-ex nucl-ex
SNO+ with Tellurium
目前正在试运行的SNO+实验将是一个大规模的液体闪烁体探测器，能够研究各种物理学课题，最高优先级是对无中微子双β衰变的灵敏搜索。该合作最近决定使用130 Te作为这项研究的候选同位素，开发了一种新的方法来纯化碲并将其装载到液体闪烁体中。最初的第一阶段的演示与0.3%的碲负载，预计将达到敏感的马约拉纳中微子质量接近顶部的倒置中微子质量等级。如果成功的话，有很大的空间进一步增强，可能导致测量覆盖绝大多数的倒置层次范围，具有高灵敏度。
2014-05-14 hep-ex hep-ph nucl-ex
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
Sensitivity of neutrinoless double beta decays from a combined analysis of ground and excited states
Sun Yat-sen University（中山大学）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）
通过联合分析无中微子双贝塔衰变到子核基态和第一激发态，提出多通道方法以增强实验灵敏度，尤其适用于大型液氙探测器。
2026-06-01 hep-ex hep-ph nucl-ex
The Majorana Demonstrator search for neutrinoless double beta decay
MAJORANA合作组织正在建造MAJORANA DEMONSTRATOR，这是一个超低本底、模块化的HPGe探测器阵列，质量为44.8千克（29.7千克Ge-76的富集度>88%），用于寻找Ge-76中的无中微子双β衰变。下一代吨级Ge基无中微子双β衰变搜索将探测反层级区域的中微子质量尺度。MAJORANA DEMONSTRATOR的设想是展示一条前进的道路，以实现在Q值为2039 keV的4 keV感兴趣区域内的背景速率等于或低于1计数/吨/年。MAJORANA DEMONSTRATOR遵循模块化实现，可轻松扩展到下一代实验。这里介绍演示器采集的第一批数据。
2016-08-29 nucl-ex physics.ins-det
Muon Track Reconstruction in a Segmented Bolometric Array Using Multi-Objective Optimization
用于稀有事件搜索的分段固态探测器阵列的最新进展使得该技术在探测器质量上接近吨级，在尺寸上接近米级。这些实验通常集中在寻找无中微子双β衰变或直接暗物质探测上，也有能力寻找在其体积上留下类似轨道特征的奇异粒子。然而，这种探测器阵列的分段性质通常设置空间分辨率，并使得重建轨道状路径的问题变得重要。在本文中，我们提出了一种算法，提高了重建的跟踪类事件在分段检测器使用多目标优化-一种计算技术，优化多个成本函数的时间，而不指定它们之间的定量加权。这种技术允许通过检测器重建轨迹并确定通过各个元件的路径长度。当与每个元素中的重建能量沉积相结合时，这允许计算轨道状粒子的阻止能力，并打开了搜索具有异常阻止能力的粒子（如单极子或轻电离粒子（LIP））的大门。结果提出的重建工具的精度进行评估，因为他们目前站在对蒙特卡洛生成的数据。该算法的背景下，CUORE实验，但其他分段量热计探测器的应用程序。
2022-02-03 nucl-ex physics.ins-det
First data from the CUPID-Mo neutrinoless double beta decay experiment
CUPID-Mo实验正在寻找$^{100}$ Mo中的无中微子双β衰变，评估用于CUPID的Li $_{2}^{100}$ MoO $_4$探测器的低温灭菌技术（CUORE升级与粒子ID）。CUPID-Mo探测器采用双读出方案，利用Li $_{2}$ MoO $_4$晶体进行背景抑制，并辅以Ge测辐射热计进行光探测。热信号和闪烁光信号的检测允许有效区分$α$与$γ$和$β$事件。在本文中，我们讨论了2019年春季前两个月数据采集的结果。除了在2615 $\,$ keV处具有6.7 $\,$ keV（FWHM）的出色测辐射热性能以及所有探测器的$α$分离度优于99.9%之外，我们还报告了Th和U的批量放射性纯度。最后，我们解释了累积的物理数据的限制$T_{1/2}^{0ν}\,> 3\times10^{23}\,$年的$^{100}$钼和讨论的敏感性CUPID-Mo，直到预期的物理数据在2020年初结束。
2019-11-23 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
CUPID pre-CDR
CUPID是一个未来的吨级无中微子双β衰变（$0νββ$）实验，用于探测中微子的马约拉纳性质，并发现中微子质量的所谓倒置层次区域中的轻子数违反。CUPID将建立在CUORE的经验、专业知识和教训的基础上，并将尽可能利用当前的CUORE基础设施。为了实现其雄心勃勃的科学目标，CUPID旨在大幅降低感兴趣区域的本底，引入高效的$α$ / $β$鉴别技术，也通过CUPID-0和CUPID-Mo实验进行了验证，并使用高跃迁能量双β衰变核$^{100}$ Mo。本文件描述了与CUPID实验设计有关的主要概念，并指出了实验的预计灵敏度和全球科学目标。
2019-07-22 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
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
Physics Potential of an Advanced Scintillation Detector: Introducing THEIA
水基液体闪烁体的最新发展以及高效率和高精度定时光传感器的同时发展为一种能够进行非常广泛的物理程序的新型大规模探测器开辟了可能性。该计划将涵盖核、高能和天体物理学的主题，范围从能够覆盖相空间的倒置层次区域的下一代无中微子双β衰变搜索，到超新星中微子探测、核子衰变搜索以及中微子质量层次和CP破坏相的测量。本文描述了导致这种可能性的技术突破，以及由此实现的广泛的物理计划。本文是在伦敦NuPhys 2014会议上发表的演讲的总结。
2015-04-30 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Search for Neutrinoless Double-Beta Decay of $^{130}$Te with CUORE-0
本文报道了用CUORE-0辐射热探测器阵列在9. 8 kgPDMATHABMM-yr照射的PDMATHABMTe中寻找无中微子双β衰变的结果。特征探测器能量分辨率和感兴趣区域中的背景水平分别为$5.1\pm 0.3{\rm~keV}$ FWHM和$0.058 \pm 0.004\,(\mathrm{stat.})\pm 0.002\,(\mathrm{syst.})$ ~计数/（keV $\cdot$ kg $\cdot$ yr）。90%~ C. L.实验的下限灵敏度是$2.9\times 10^{24}~{\rm yr}$，并且超过了先前搜索的灵敏度。我们没有发现$^{130}$ Te的无中微子双β衰变的证据，并对衰变半衰期给出了贝叶斯下限，$T^{0ν}_{1/2}>$ ~ $ 2.7\times 10^{24}~{\rm yr}$在90%~ C. L。将CUORE-0数据与来自Cuoricino实验的19.75 kg $^{130}$ Te年暴露量相结合，我们获得了90% C.L.（贝叶斯），这是迄今为止对该半衰期的最严格限制。使用一系列的核矩阵元素的估计，我们解释这作为一个限制的有效马约拉纳中微子质量，$m_{ββ}< 270$- $760~\mathrm{meV}$。
2015-10-01 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Sensitivity of a tonne-scale NEXT detector for neutrinoless double beta decay searches
氙TPC中微子实验（NEXT）使用高压氙气TPC和电致发光放大来研究氚-136的无中微子双β衰变。如果将这一技术扩大到大约1吨浓缩氙，则在不到5年的运行时间内，对无中微子双β衰变半衰期的灵敏度将超过1 E27年，使目前的极限至少提高一个数量级。这一预测是基于一个众所周知的背景模型占主导地位的放射源。这里提出的探测器的概念是一个引人注目的路径上的第一步，对中微子质量的逆序定义的参数空间的灵敏度，并超越。
2021-02-22 nucl-ex physics.ins-det
The CUORE experiment at LNGS
罕见事件低温地下观测站（CUORE）是第一个能够达到1吨规模的无中微子双β衰变的热测量实验。该探测器由988个TeO2晶体组成，排列在19个塔的圆柱形紧凑结构中。2016年8月完成了实验的建设，特别是低温恒温器中所有塔的安装，随后在2017年初冷却到基础温度。CUORE探测器现已投入使用，自2017年春季以来一直在获取科学数据。我们在这里提出的检测器的初始性能和初步结果，从第一个检测器运行。
2017-12-21 nucl-ex physics.ins-det
CUPID: CUORE (Cryogenic Underground Observatory for Rare Events) Upgrade with Particle IDentification
CUPID是一个未来的吨级无中微子双β衰变（$0νββ$）实验，用于探测中微子的马约拉纳性质，并发现中微子质量的所谓倒置层次区域中的轻子数违反。CUPID将建立在CUORE的经验、专业知识和教训的基础上，并将尽可能利用当前的CUORE基础设施。为了实现其雄心勃勃的科学目标，CUPID的目标是增加源质量并大幅减少感兴趣区域的背景。这需要同位素浓缩、升级的纯化和结晶程序、新的探测器技术、更严格的材料选择，以及可能与CUORE部署的最新技术水平有关的新屏蔽概念。本文回顾了CUPID的科学目标，定义了近期研发活动的范围，并提出了安装下一代实验的路线图。一份单独的文件更详细地讨论了广泛的研发计划。
2015-04-14 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Ab initio uncertainty quantification of neutrinoless double-beta decay in $^{76}$Ge
本文首次对$^{76}$Ge中无中微子双β衰变核矩阵元进行从头算不确定性量化，结合手征有效场论与多体仿真器得到NME为$2.60^{+1.28}_{-1.36}$，并据此给出有效中微子质量上限$187^{+205}_{-62}$ meV，为下一代锗探测器设计提供关键理论输入。
2024-01-19 hep-ex hep-ph nucl-ex
Right-handed weak currents in neutrinoless $ββ$ decays and ton scale $ββ$ detectors
本文从理论与实验角度讨论L-R对称模型中无中微子双β衰变的右手弱流，揭示其参数约束与增强机制，指出吨级探测器可探索特定RHC区域，为相关研究提供方向。
2025-04-15 hep-ph nucl-ex nucl-th
The CUPID-Mo experiment for neutrinoless double-beta decay: performance and prospects
CUPID-Mo是一个寻找$^{100}$ Mo的无中微子双β衰变（$0νββ$）的测热实验。在本文中，我们详细介绍了CUPID-Mo探测器的概念，组装，2018年在Modane地下实验室的安装，并提供了第一批数据集的结果。该演示器由20个由富含$^{100}$ Mo的0.2 kg Li $_2$ MoO $_4$晶体组成的闪烁测辐射热计阵列组成。探测器由20个薄的低温Ge测辐射热计补充，用作光探测器，通过探测热和闪烁光信号来区分$α$和$γ$ / $β$事件。我们观察到良好的探测器的均匀性，便于操作的大型探测器阵列，以及优良的能量分辨率为5.3千电子伏（6.5千电子伏）FWHM在2615千电子伏，在校准（物理）数据。基于观察到的能量分辨率和光产率，对于$^{100}$ Mo $0νββ$的感兴趣区域中的事件，预期$α$粒子的分离远好于99.9\%，并且对于$γ$/$β$事件具有同样高的接受度。我们提出了晶体放射性纯度的限度（$\leq$ 3 $μ$ Bq/kg的$^{226}$ Ra和$\leq$ 2 $μ$ Bq/kg的$^{232}$ Th）。基于这些初步结果，我们还讨论了CUPID-Mo实验的科学范围的灵敏度研究，特别是，在半年的生存期后，对$^{100}$ Mo $0νββ$衰变设定最严格的半衰期限制的能力。所取得的成果表明，CUPID-Mo是该技术的成功演示器-在LUM…
2019-09-06 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
BINGO innovative assembly for background reduction in bolometric $0νββ$ experiments
BINGO项目通过创新探测器组装、低温光电探测器和主动反符合技术，将辐射热测量计0νββ实验的本底指数降至10^{-5} counts/(keV kg yr)量级，并在Canfranc地下实验室验证了容纳四块Li₂MoO₄晶体的原型模块性能。
2024-07-08 nucl-ex physics.ins-det
Performances of a large mass ZnSe bolometer to search for rare events
ZnSe闪烁测辐射热计是LUCIFER实验的基线选择，其目的是观察82 Se的无中微子双β衰变。热量和闪烁信号的独立读出允许识别和拒绝α粒子相互作用，这是测辐射热探测器的主要背景源。在本文中，我们报告的ZnSe晶体内的LUCIFER R&D操作的性能。我们测量了闪烁产额、能量分辨率和能量区域中的背景，在该能量区域中，预期来自82 Se的无中微子双β衰变的信号具有9.4 kg x天的暴露。利用新开发的分析算法，我们改进了对α事件的拒绝，并且我们估计了通过热信号和光信号的组合获得的能量分辨率的增加。我们第一次测量了核反冲发出的光，发现它与零相容。我们的结论是，从β/γ相互作用的WIMPs能量区域的核反冲的歧视是可能的，但低噪声的光探测器是必要的。
2013-05-29 nucl-ex physics.ins-det
LUMINEU: a search for neutrinoless double beta decay based on ZnMoO$_4$ scintillating bolometers
LUMINEU的设计是为了研究通过基于富含$^{100}$ Mo的ZnMoO $_4$晶体的大阵列的热释辐射热计来寻找$^{100}$ Mo中的无中微子双β衰变的可能性。高能量分辨率和相对快速的探测器能够测量晶体中粒子相互作用产生的光和热，这对于识别和拒绝背景事件是非常有希望的。我们提出了LUMINEU的概念和实验结果，取得了地上和地下大质量的天然和富集晶体。测得的能量分辨率、$α/β$鉴别能力和放射性内部污染均在预计最终LUMINEU灵敏度的质量标准范围内。模拟和初步结果证实，LUMINEU技术可以达到零背景的兴趣区域（约3兆电子伏）与数百公斤$\times$年的顺序曝光，设置下一代$0\nu2β$衰变实验能够探索中微子质量模式的倒置层次区域的基础。
2016-01-19 nucl-ex physics.ins-det
Ab initio calculations of neutrinoless $ββ$ decay refine neutrino mass limits
本研究利用从头算核理论计算了无中微子双β衰变的核矩阵元，发现其通常小于唯象模型结果，挑战了未来吨级实验的探测范围和中微子质量倒序层级的探测主张。
2023-07-27 hep-ex hep-ph nucl-ex
CUORE-0 background analysis and evaluation of $^{130}$Te $2νββ$ decay half-life
CUORE是一个热测量实验，将寻找$^{130}$ Te的无中子双β衰变。CUORE-0是一个类似CUORE的塔，在2013年至2015年期间运行，以测试CUORE实验的性能。在这一过程中，我们提出的模型的结果，解开和量化的背景源，结合形成CUORE-0的能量谱。我们使用详细的基于Geant 4的模拟和贝叶斯拟合算法来重建实验数据，并评估背景源的活动。该分析的直接结果是测量$^{130}$ Te $2νββ$的衰变半衰期，我们对此进行了初步评估。
2016-10-14 nucl-ex physics.ins-det
Enriched TeO$_2$ bolometers with active particle discrimination: towards the CUPID experiment
我们提出了两个92%的富集$^{130}$ TeO $_2$晶体的性能作为热辐射热计在下一代实验中寻找无中微子双β衰变的$^{130}$ Te。每个435 g的晶体显示出在$^{208}$ T1的2615 keV $γ$线处评估的6.5和4.3 keV FWHM的能量分辨率。唯一可观察到的内部放射性污染来自$^{238}$ U（分别为15和8 $μ$ Bq/kg）。对于无中微子双β衰变，最有问题的核$^{226}$ Ra和$^{228}$ Th的内部放射性都被评估为$<$ 3.1 $μ$ Bq/kg（一个晶体）和$<$ 2.3 $μ$ Bq/kg（第二个晶体）。由于通过Neganov-Luke测辐射热光探测器读出了$β/γ$粒子发射的弱切伦科夫光，我们能够以95%的接受水平对$β/γ$事件进行逐个事件识别，同时建立了98.21%和99.99%的拒绝因子$α$粒子。
2016-10-10 nucl-ex physics.ins-det
Solution to the uncertainty problem of nuclear matrix element for neutrinoless double-$β$ decay
Czech Technical University in Prague（布拉格捷克理工大学）；University of La Plata（拉普拉塔大学）；IFLP-CONICET（拉普拉塔理论与理论物理研究所（CONICET））
本研究针对无中微子双β衰变核矩阵元的不确定性问题，利用两种衰变模式相似的有效轴矢量流耦合g_A^eff，大幅降低了核矩阵元的不确定性，并计算了有效中微子质量及相关核矩阵元。
2026-08-14 hep-ph nucl-ex nucl-th
Possibilities of future double beta decay experiments to investigate inverted and normal ordering region of neutrino mass
综述了寻找无中微子双衰变的现代实验。考虑到核矩阵元值和轴矢量常数$g_A$值的不确定性，讨论了Majorana中微子$\langle m_ν \rangle$有效质量的极限.根据振荡实验结果和现代宇宙学数据对$\langle m_ν \rangle$的值作了预测。讨论了在$\sim$ 10-50 meV水平上对$\langle m_ν \rangle$具有灵敏度的下一代实验（主要研究倒序（IO）区域）的可能性。%描述了最发达和最有前途的项目。最后对NO区的研究前景进行了展望。结果表明，研究NO的可能性取决于最轻中微子m $_0$的质量。在小质量（m $_0$ $\le$ 0.1 meV）的极限情况下，预测了$\langle m_ν \rangle$ $\approx$ 1-4 meV的值，这使得下一代实验无法对该区域进行研究。但是在NO的框架中存在允许的m $_0$（7-30 meV）区域，其中$\langle m_ν \rangle$的预测值可以是$\sim$ 10-30 meV，这对于下一代实验是完全可以实现的。本文还讨论了在$\sim$ 1-10 meV水平上提高$\langle m_ν \rangle$灵敏度的可能性。
2019-01-31 nucl-ex nucl-th
Sensitivity and Discovery Potential of CUORE to Neutrinoless Double-Beta Decay
我们提出了一个CUORE的灵敏度和发现潜力的研究，一个测辐射热双β衰变实验正在建设中的Nazionali del Gran Sasso在意大利。两种方法来计算实验灵敏度为各种背景的情况下，和扩展的灵敏度配方的发现潜在的情况下也进行了讨论。假设本底率为10^-2 cts/（keV kg y），我们发现，经过5年的寿命，CUORE对无中微子双β衰变半衰期T_1/2（1 σ）= 1.6 \times 10 ^26 y的灵敏度为1 σ，从而具有探测低至40-100 meV的Majorana中微子有效质量的潜力;在1.64 σ处的灵敏度，对应于90% C.L.，T_1/2（1.64 sigma）= 9.5 \times 10^25 y。这个范围与76 Ge无中微子双β衰变的观测结果以及由振荡结果得到的中微子质量参数空间的优选范围进行了比较。
2013-03-20 hep-ex hep-ph nucl-ex
