Эксперимент с детекторной решеткой германия (или GERDA ) проводил поиск безнейтринного двойного бета-распада (0νββ) в Ge-76 в подземной лаборатории Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS). Ожидается, что безнейтринный бета-распад, если он произойдет, будет очень редким процессом. Коллаборация предсказала менее одного события в год на килограмм материала, проявляющегося в виде узкого всплеска около значения Q 0νββ (Q ββ = 2039 кэВ) в наблюдаемом энергетическом спектре. Это означало, что для обнаружения любых редких распадов требовалась фоновая защита . Объект СПГ имеет 1400 метров вскрышных пород , что эквивалентно 3000 метрах водной защиты, снижающей фон космического излучения . Эксперимент GERDA проводился с 2011 года на СПГ. [1]
После завершения эксперимента GERDA коллаборация GERDA объединилась с коллаборацией MAJORANA для создания нового эксперимента LEGEND.
GERDA сообщила о своих окончательных результатах в декабре 2020 года в Physical Review Letters . Эксперимент достиг всех поставленных перед собой целей, но никаких событий 0νββ обнаружено не было. [1]
Опыт GERDA привел к ожиданию, что дальнейшее снижение фона станет возможным, так что станет возможным бесфоновый эксперимент с еще большей мощностью источника, соответственно, экспозицией. Коллаборация LEGEND, продолжая работу GERDA, стремилась повысить чувствительность к периоду полураспада 0νββ до . На первом этапе в слегка модифицированной инфраструктуре GERDA планировалось разместить детекторы из обогащенного германия массой 200 кг, а начало сбора данных запланировано на 2021 год. [1]
В эксперименте в качестве источника бета-распада и детектора частиц использовались кристаллические диоды Ge высокой чистоты ( HPGe ) . Детекторы экспериментов HdM ( Гейдельберг-Москва [2] ) и IGEX [2] были обработаны и использованы на этапе 1. Детекторная матрица подвешивалась в криостате с жидким аргоном, футерованном медью и окруженном резервуаром со сверхчистой водой. ФЭУ в резервуаре с водой и пластиковые сцинтилляторы выше обнаруживали и исключали фоновые мюоны . Дискриминация формы импульса (PSD) применялась в качестве разреза для различения типов частиц.
GERDA пошла по стопам других экспериментов с 0νββ с использованием германия; уже более 50 лет назад (т.е. около 1970 г.) германиевый детектор массой 0,1 кг был использован миланской группой при первом поиске распада 0νββ с помощью германиевого детектора. С тех пор чувствительность увеличилась в миллион раз. [1]
На втором этапе активная масса была увеличена до 38 кг с использованием 30 новых германиевых (BEGe) детекторов широкой энергии. Снижение магнитуды фона планировалось до 10 -3 отсчетов/(кэВ·кг·год) с использованием более чистых материалов. Это увеличило чувствительность периода полураспада до 10–26 лет после сбора 100 кг·год данных и позволило оценить возможное расширение в тоннах.
На этапе I были собраны данные с ноября 2011 г. по май 2013 г. при экспозиции 21,6 кг·год. Безнейтринных распадов не наблюдалось, что дает предел полураспада 0νββ CL 90% . Этот предел можно объединить с предыдущими результатами, увеличив его до 3·10 25 лет, что противоречит заявлению об обнаружении Гейдельберг-Москва. Также сообщалось об ограничении эффективной массы нейтрино: m ν < 400 мэВ.
Также был измерен период полураспада двойного бета-распада (с двумя нейтрино): T 2νββ = 1,84·10 21 год.
Фаза II имела дополнительные детекторы с обогащением Ge и пониженным фоном, что повысило чувствительность примерно на порядок.
II этап (7 струн, 35,8 кг обогащенных детекторов) стартовал в декабре 2015 г. [3] : 10
Предварительные результаты фазы II были опубликованы в журнале Nature. [4] Индекс фона для детекторов BEGe составлял 0,7·10 -3 отсчетов/(кэВ·кг·год), что соответствует менее чем одному отсчету в области сигнала после воздействия 100 кг·год. И снова никаких безнейтринных распадов не наблюдалось, в результате чего нынешний предел периода полураспада составляет T 1/2 > 5,3·10 25 лет (90% CL).
По состоянию на 2018 год сбор данных фазы II продолжился.
В декабре 2020 года были подведены итоги GERDA. 0νββ обнаружено не было, и эксперимент показал нижний предел периода полураспада 0νββ в Ge-76 . Сообщенный окончательный нижний предел соответствовал ожидаемому значению чувствительности эксперимента и был самым строгим значением для распада любого изотопа 0νββ, когда-либо измеренного. Кроме того, уровень фоновых событий GERDA был самым высоким в этой области. На заключительном этапе GERDA установила 41 германиевый детектор общей массой 44,2 кг с очень высоким процентом обогащения германия-76. [1]
