First Results from CUORE: A Search for Lepton Number Violation via 0νßß Decay of 130Te

被引：254

作者：

Alduino, C. ^{[1
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Alessandria, F. ^{[2
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Alfonso, K. ^{[3
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Andreotti, E. ^{[4
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Arnaboldi, C. ^{[6
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Avignone, F. T., III ^{[1
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Bellini, F. ^{[15
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Benato, G. ^{[9
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Biassoni, M. ^{[5
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Crescentini, C. ^{[11
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Creswick, R. J. ^{[1
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机构：

[1] Univ South Carolina, Dept Phys & Astron, Columbia, SC 29208 USA

[2] Ist Nazl Fis Nucl, Sez Milano, I-20133 Milan, Italy

[3] Univ Calif Los Angeles, Dept Phys & Astron, Los Angeles, CA 90095 USA

[4] Univ Insubria, Dipartimento Fis & Matemat, I-22100 Como, Italy

[5] Ist Nazl Fis Nucl, Sez Milano Bicocca, I-20126 Milan, Italy

[6] Univ Milano Bicocca, Dipartimento Fis, I-20126 Milan, Italy

[7] Ist Nazl Fis Nucl, Lab Nazl Legnaro, I-35020 Legnaro, Italy

[8] Ist Nazl Fis Nucl, Lab Nazl Gran Sasso, I-67100 Assergi, Laquila, Italy

[9] Univ Calif Berkeley, Dept Phys, Berkeley, CA 94720 USA

[10] Lawrence Berkeley Natl Lab, Nucl Sci Div, Berkeley, CA 94720 USA

[11] Ist Nazl Fis Nucl, Sez Bologna, I-40127 Bologna, Italy

[12] Univ Firenze, Dipartimento Fis, I-50125 Florence, Italy

[13] Ist Nazl Fis Nucl, Sez Firenze, I-50125 Florence, Italy

[14] Lawrence Berkeley Natl Lab, Mat Sci Div, Berkeley, CA 94720 USA

[15] Sapienza Univ Roma, Dipartimento Fis, I-00185 Rome, Italy

[16] Ist Nazl Fis Nucl, Sez Roma, I-00185 Rome, Italy

[17] Ist Nazl Fis Nucl, Sez Genova, I-16146 Genoa, Italy

[18] Ist Nazl Fis Nucl, Sez Padova, I-35131 Padua, Italy

[19] MIT, Cambridge, MA 02139 USA

[20] Chinese Acad Sci, Shanghai Inst Appl Phys, Shanghai 201800, Peoples R China

[21] Univ Genoa, Dipartimento Fis, I-16146 Genoa, Italy

[22] Yale Univ, Dept Phys, Wright Lab, New Haven, CT 06520 USA

[23] Univ Cassino & Lazio Meridionale, Dipartimento Ingn Civile & Meccan, I-03043 Cassino, Italy

[24] Virginia Polytech Inst & State Univ, Ctr Neutrino Phys, Blacksburg, VA 24061 USA

[25] Ist Nazl Fis Nucl, Gran Sasso Sci Inst, I-67100 Laquila, Italy

[26] Univ Aquila, Dipartimento Sci Fis & Chim, I-67100 Laquila, Italy

[27] Univ Wisconsin, Dept Phys, 1150 Univ Ave, Madison, WI 53706 USA

[28] Ist Nazl Fis Nucl, Lab Nazl Frascati, I-00044 Frascati, Italy

[29] Univ Paris Saclay, CNRS IN2P3, Univ Paris Sud, CSNSM, F-91405 Orsay, France

[30] Calif Polytech State Univ San Luis Obispo, Phys Dept, San Luis Obispo, CA 93407 USA

[31] Univ Calif Berkeley, Dept Mat Sci & Engn, Berkeley, CA 94720 USA

[32] Shanghai Jiao Tong Univ, INPAC, Shanghai 200240, Peoples R China

[33] Shanghai Jiao Tong Univ, Sch Phys & Astron, Shanghai 200240, Peoples R China

[34] Shanghai Lab Particle Phys & Cosmol, Shanghai 200240, Peoples R China

[35] Lawrence Berkeley Natl Lab, Phys Div, Berkeley, CA 94720 USA

[36] Univ Zaragoza, Lab Fis Nucl & Astroparticulas, Zaragoza 50009, Spain

[37] Alma Mater Studiorum Univ Bologna, Dipartimento Fis & Astron, I-40127 Bologna, Italy

[38] CEA Saclay, Serv Phys Particules, F-91191 Gif Sur Yvette, France

[39] Lawrence Livermore Natl Lab, Livermore, CA 94550 USA

[40] Univ Calif Berkeley, Dept Nucl Engn, Berkeley, CA 94720 USA

[41] Lawrence Berkeley Natl Lab, Engn Div, Berkeley, CA 94720 USA

[42] Univ Coll Leuven Limburg, B-3590 Diepenbeek, Belgium

[43] INO CNR, I-50125 Florence 50125, Italy

[44] Johns Hopkins Univ, Appl Phys Lab, Baltimore, MD 20723 USA

[45] Res Sq, Durham, NC 27701 USA

[46] Los Alamos Natl Lab, Phys Div, P-23, Los Alamos, NM 87544 USA

[47] Drexel Univ, Dept Phys, Philadelphia, PA 19104 USA

[48] ESS, S-22592 Lund, Sweden

[49] ITER Org, F-13067 St Paul Les Durance, France

[50] LNE CNAM, Lab Commun Metrol, F-93210 La Plaine St Denis, France

来源：

PHYSICAL REVIEW LETTERS | 2018年 / 120卷 / 13期

基金：

美国国家科学基金会;

关键词：

DOUBLE-BETA DECAY; RESPONSE STABILIZATION; CONTAMINATION; DETECTORS; LIMITS;

D O I：

10.1103/PhysRevLett.120.132501

中图分类号：

O4 [物理学];

学科分类号：

0702 ;

摘要：

The CUORE experiment, a ton-scale cryogenic bolometer array, recently began operation at the Laboratori Nazionali del Gran Sasso in Italy. The array represents a significant advancement in this technology, and in this work we apply it for the first time to a high-sensitivity search for a lepton-number-violating process: Te-130 neutrinoless double-beta decay. Examining a total TeO2 exposure of 86.3 kg yr, characterized by an effective energy resolution of (7.7 +/- 0.5) keV FWHM and a background in the region of interest of (0.014 +/- 0.002) counts/(keV kg yr), we find no evidence for neutrinoless double-beta decay. Including systematic uncertainties, we place a lower limit on the decay half-life of T-1/2(0 nu) (Te-130) > 1.3 x 10(25) yr (90% C.L.); the median statistical sensitivity of this search is 7.0 x 10(24) yr. Combining this result with those of two earlier experiments, Cuoricino and CUORE-0, we find T-1/2(0 nu) (Te-130) > 1.5 x 10(25) yr (90% C.L.), which is the most stringent limit to date on this decay. Interpreting this result as a limit on the effective Majorana neutrino mass, we find m(ss ss) < (110 - 520) meV, where the range reflects the nuclear matrix element estimates employed.

引用

页数：8

共 73 条

[1] Search for Neutrinoless Double-ß Decay in 76Ge with the MAJORANA DEMONSTRATOR [J].

Aalseth, C. E. ;

Abgrall, N. ;

Aguayo, E. ;

Alvis, S. I. ;

Amman, M. ;

Arnquist, I. J. ;

Avignone, F. T., III ;

Back, H. O. ;

Barabash, A. S. ;

Barbeau, P. S. ;

Barton, C. J. ;

Barton, P. J. ;

Bertrand, F. E. ;

Bode, T. ;

Bos, B. ;

Boswell, M. ;

Bradley, A. W. ;

Brodzinski, R. L. ;

Brudanin, V. ;

Busch, M. ;

Buuck, M. ;

Caldwell, A. S. ;

Caldwell, T. S. ;

Chan, Y-D. ;

Christofferson, C. D. ;

Chu, P. -H. ;

Collar, J. I. ;

Combs, D. C. ;

Cooper, R. J. ;

Cuesta, C. ;

Detwiler, J. A. ;

Doe, P. J. ;

Dunmore, J. A. ;

Efremenko, Yu. ;

Ejiri, H. ;

Elliott, S. R. ;

Fast, J. E. ;

Finnerty, P. ;

Fraenkle, F. M. ;

Fu, Z. ;

Fujikawa, B. K. ;

Fuller, E. ;

Galindo-Uribarri, A. ;

Gehman, V. M. ;

Gilliss, T. ;

Giovanetti, G. K. ;

Goett, J. ;

Green, M. P. ;

Gruszko, J. ;

Guinn, I. S. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2018, 120 (13)

[2] GEANT4-a simulation toolkit [J].

Agostinelli, S ;

Allison, J ;

Amako, K ;

Apostolakis, J ;

Araujo, H ;

Arce, P ;

Asai, M ;

Axen, D ;

Banerjee, S ;

Barrand, G ;

Behner, F ;

Bellagamba, L ;

Boudreau, J ;

Broglia, L ;

Brunengo, A ;

Burkhardt, H ;

Chauvie, S ;

Chuma, J ;

Chytracek, R ;

Cooperman, G ;

Cosmo, G ;

Degtyarenko, P ;

Dell'Acqua, A ;

Depaola, G ;

Dietrich, D ;

Enami, R ;

Feliciello, A ;

Ferguson, C ;

Fesefeldt, H ;

Folger, G ;

Foppiano, F ;

Forti, A ;

Garelli, S ;

Giani, S ;

Giannitrapani, R ;

Gibin, D ;

Cadenas, JJG ;

González, I ;

Abril, GG ;

Greeniaus, G ;

Greiner, W ;

Grichine, V ;

Grossheim, A ;

Guatelli, S ;

Gumplinger, P ;

Hamatsu, R ;

Hashimoto, K ;

Hasui, H ;

Heikkinen, A ;

Howard, A .

NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2003, 506 (03) :250-303

[3] Background-free search for neutrinoless double-β decay of 76Ge with GERDA [J].

Agostini, M. ;

Allardt, M. ;

Bakalyarov, A. M. ;

Balata, M. ;

Barabanov, I. ;

Baudis, L. ;

Bauer, C. ;

Bellotti, E. ;

Belogurov, S. ;

Belyaev, S. T. ;

Benato, G. ;

Bettini, A. ;

Bezrukov, L. ;

Bode, T. ;

Borowicz, D. ;

Brudanin, V. ;

Brugnera, R. ;

Caldwell, A. ;

Cattadori, C. ;

Chernogorov, A. ;

D'Andrea, V. ;

Demidova, E. V. ;

Di Marco, N. ;

di Vacri, A. ;

Domula, A. ;

Doroshkevich, E. ;

Egorov, V. ;

Falkenstein, R. ;

Fedorova, O. ;

Freund, K. ;

Frodyma, N. ;

Gangapshev, A. ;

Garfagnini, A. ;

Gooch, C. ;

Grabmayr, P. ;

Gurentsov, V. ;

Gusev, K. ;

Hakenmueller, J. ;

Hegai, A. ;

Heisel, M. ;

Hemmer, S. ;

Hofmann, W. ;

Hult, M. ;

Inzhechik, L. V. ;

Csathy, J. Janicsko ;

Jochum, J. ;

Junker, M. ;

Kazalov, V. ;

Kihm, T. ;

Kirpichnikov, I. V. .

NATURE, 2017, 544 (7648) :47-+

[4] Search for Neutrinoless Double-Beta Decay with the Upgraded EXO-200 Detector [J].

Albert, J. B. ;

Anton, G. ;

Badhrees, I. ;

Barbeau, P. S. ;

Bayerlein, R. ;

Beck, D. ;

Belov, V. ;

Breidenbach, M. ;

Brunner, T. ;

Cao, G. F. ;

Cen, W. R. ;

Chambers, C. ;

Cleveland, B. ;

Coon, M. ;

Craycraft, A. ;

Cree, W. ;

Daniels, T. ;

Danilov, M. ;

Daugherty, S. J. ;

Daughhetee, J. ;

Davis, J. ;

Delaquis, S. ;

Mesrobian-Kabakian, A. Der ;

DeVoe, R. ;

Didberidze, T. ;

Dilling, J. ;

Dolgolenko, A. ;

Dolinski, M. J. ;

Fairbank, W., Jr. ;

Farine, J. ;

Feyzbakhsh, S. ;

Fierlinger, P. ;

Fudenberg, D. ;

Gornea, R. ;

Graham, K. ;

Gratta, G. ;

Hall, C. ;

Hansen, E. V. ;

Hoessl, J. ;

Hufschmidt, P. ;

Hughes, M. ;

Jamil, A. ;

Jewell, M. J. ;

Johnson, A. ;

Johnston, S. ;

Karelin, A. ;

Kaufman, L. J. ;

Koffas, T. ;

Kravitz, S. ;

Krcken, R. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2018, 120 (07)

[5] Search for Majorana neutrinos with the first two years of EXO-200 data [J].

Albert, J. B. ;

Auty, D. J. ;

Barbeau, P. S. ;

Beauchamp, E. ;

Beck, D. ;

Belov, V. ;

Benitez-Medina, C. ;

Bonatt, J. ;

Breidenbach, M. ;

Brunner, T. ;

Burenkov, A. ;

Cao, G. F. ;

Chambers, C. ;

Chaves, J. ;

Cleveland, B. ;

Coon, M. ;

Craycraft, A. ;

Daniels, T. ;

Danilov, M. ;

Daugherty, S. J. ;

Davis, C. G. ;

Davis, J. ;

Devoe, R. ;

Delaquis, S. ;

Didberidze, T. ;

Dolgolenko, A. ;

Dolinski, M. J. ;

Dunford, M. ;

Fairbank, W., Jr. ;

Farine, J. ;

Feldmeier, W. ;

Fierlinger, P. ;

Fudenberg, D. ;

Giroux, G. ;

Gornea, R. ;

Graham, K. ;

Gratta, G. ;

Hall, C. ;

Herrin, S. ;

Hughes, M. ;

Jewell, M. J. ;

Jiang, X. S. ;

Johnson, A. ;

Johnson, T. N. ;

Johnston, S. ;

Karelin, A. ;

Kaufman, L. J. ;

Killick, R. ;

Koffas, T. ;

Kravitz, S. .

NATURE, 2014, 510 (7504) :229-234

[6] Low energy analysis techniques for CUORE [J].

Alduino, C. ;

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Artusa, D. R. ;

Avignone, F. T., III ;

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Bari, G. ;

Beeman, J. W. ;

Bellini, F. ;

Benato, G. ;

Bersani, A. ;

Biassoni, M. ;

Branca, A. ;

Brofferio, C. ;

Bucci, C. ;

Camacho, A. ;

Caminata, A. ;

Canonica, L. ;

Cao, X. G. ;

Capelli, S. ;

Cappelli, L. ;

Cardani, L. ;

Carniti, P. ;

Casali, N. ;

Cassina, L. ;

Chiesa, D. ;

Chott, N. ;

Clemenza, M. ;

Copello, S. ;

Cosmelli, C. ;

Cremonesi, O. ;

Creswick, R. J. ;

Cushman, J. S. ;

D'Addabbo, A. ;

D'Aguanno, D. ;

Dafinei, I. ;

Davis, C. J. ;

Dell'Oro, S. ;

Deninno, M. M. ;

Di Domizio, S. ;

Di Vacri, M. L. ;

Drobizhev, A. ;

Fang, D. Q. ;

Faverzani, M. ;

Ferri, E. ;

Ferroni, F. ;

Fiorini, E. ;

Franceschi, M. A. ;

Freedman, S. J. ;

Fujikawa, B. K. ;

Giachero, A. .

EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL C, 2017, 77 (12)

[7] The projected background for the CUORE experiment [J].

Alduino, C. ;

Alfonso, K. ;

Artusa, D. R. ;

Avignone, F. T., III ;

Azzolini, O. ;

Banks, T. I. ;

Bari, G. ;

Beeman, J. W. ;

Bellini, F. ;

Benato, G. ;

Bersani, A. ;

Biassoni, M. ;

Branca, A. ;

Brofferio, C. ;

Bucci, C. ;

Camacho, A. ;

Caminata, A. ;

Canonica, L. ;

Cao, X. G. ;

Capelli, S. ;

Cappelli, L. ;

Carbone, L. ;

Cardani, L. ;

Carniti, P. ;

Casali, N. ;

Cassina, L. ;

Chiesa, D. ;

Chott, N. ;

Clemenza, M. ;

Copello, S. ;

Cosmelli, C. ;

Cremonesi, O. ;

Creswick, R. J. ;

Cushman, J. S. ;

D'Addabbo, A. ;

Dafinei, I. ;

Davis, C. J. ;

Dell'Oro, S. ;

Deninno, M. M. ;

Di Domizio, S. ;

Di Vacri, M. L. ;

Drobizhev, A. ;

Fang, D. Q. ;

Faverzani, M. ;

Fernandes, G. ;

Ferri, E. ;

Ferroni, F. ;

Fiorini, E. ;

Franceschi, M. A. ;

Freedman, S. J. .

EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL C, 2017, 77 (08)

[8]

Alduino C, 2017, EUR PHYS J C, V77, DOI 10.1140/epjc/s10052-017-5098-9

[9]

Alduino C, 2017, EUR PHYS J C, V77, DOI 10.1140/epjc/s10052-016-4498-6

[10] CUORE-0 detector: design, construction and operation [J].

Alduino, C. ;

Alfonso, K. ;

Artusa, D. R. ;

Avignone, F. T., III ;

Azzolini, O. ;

Balata, M. ;

Banks, T. I. ;

Bari, G. ;

Beeman, J. W. ;

Bellini, F. ;

Bersani, A. ;

Biare, D. ;

Biassoni, M. ;

Bragazzi, F. ;

Brofferio, C. ;

Buccheri, A. ;

Bucci, C. ;

Bulfon, C. ;

Caminata, A. ;

Canonica, L. ;

Cao, X. G. ;

Capelli, S. ;

Capodiferro, M. ;

Cappelli, L. ;

Carbone, L. ;

Cardani, L. ;

Cariello, M. ;

Carniti, P. ;

Casali, N. ;

Cassina, L. ;

Cereseto, R. ;

Ceruti, G. ;

Chiarini, A. ;

Chiesa, D. ;

Chott, N. ;

Clemenza, M. ;

Conventi, D. ;

Copello, S. ;

Cosmelli, C. ;

Cremonesi, O. ;

Creswick, R. J. ;

Cushman, J. S. ;

D'Addabbo, A. ;

Dafinei, I. ;

Davis, C. J. ;

Dell'Oro, S. ;

Deninno, M. M. ;

Di Domizio, S. ;

Di Vacri, M. L. ;

DiPaolo, L. .

JOURNAL OF INSTRUMENTATION, 2016, 11

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共 73 条

[1] Search for Neutrinoless Double-ß Decay in 76Ge with the MAJORANA DEMONSTRATOR [J].

Aalseth, C. E. ;

Abgrall, N. ;

Aguayo, E. ;

Alvis, S. I. ;

Amman, M. ;

Arnquist, I. J. ;

Avignone, F. T., III ;

Back, H. O. ;

Barabash, A. S. ;

Barbeau, P. S. ;

Barton, C. J. ;

Barton, P. J. ;

Bertrand, F. E. ;

Bode, T. ;

Bos, B. ;

Boswell, M. ;

Bradley, A. W. ;

Brodzinski, R. L. ;

Brudanin, V. ;

Busch, M. ;

Buuck, M. ;

Caldwell, A. S. ;

Caldwell, T. S. ;

Chan, Y-D. ;

Christofferson, C. D. ;

Chu, P. -H. ;

Collar, J. I. ;

Combs, D. C. ;

Cooper, R. J. ;

Cuesta, C. ;

Detwiler, J. A. ;

Doe, P. J. ;

Dunmore, J. A. ;

Efremenko, Yu. ;

Ejiri, H. ;

Elliott, S. R. ;

Fast, J. E. ;

Finnerty, P. ;

Fraenkle, F. M. ;

Fu, Z. ;

Fujikawa, B. K. ;

Fuller, E. ;

Galindo-Uribarri, A. ;

Gehman, V. M. ;

Gilliss, T. ;

Giovanetti, G. K. ;

Goett, J. ;

Green, M. P. ;

Gruszko, J. ;

Guinn, I. S. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2018, 120 (13)

[2] GEANT4-a simulation toolkit [J].

Agostinelli, S ;

Allison, J ;

Amako, K ;

Apostolakis, J ;

Araujo, H ;

Arce, P ;

Asai, M ;

Axen, D ;

Banerjee, S ;

Barrand, G ;

Behner, F ;

Bellagamba, L ;

Boudreau, J ;

Broglia, L ;

Brunengo, A ;

Burkhardt, H ;

Chauvie, S ;

Chuma, J ;

Chytracek, R ;

Cooperman, G ;

Cosmo, G ;

Degtyarenko, P ;

Dell'Acqua, A ;

Depaola, G ;

Dietrich, D ;

Enami, R ;

Feliciello, A ;

Ferguson, C ;

Fesefeldt, H ;

Folger, G ;

Foppiano, F ;

Forti, A ;

Garelli, S ;

Giani, S ;

Giannitrapani, R ;

Gibin, D ;

Cadenas, JJG ;

González, I ;

Abril, GG ;

Greeniaus, G ;

Greiner, W ;

Grichine, V ;

Grossheim, A ;

Guatelli, S ;

Gumplinger, P ;

Hamatsu, R ;

Hashimoto, K ;

Hasui, H ;

Heikkinen, A ;

Howard, A .

NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2003, 506 (03) :250-303

[3] Background-free search for neutrinoless double-β decay of 76Ge with GERDA [J].

Agostini, M. ;

Allardt, M. ;

Bakalyarov, A. M. ;

Balata, M. ;

Barabanov, I. ;

Baudis, L. ;

Bauer, C. ;

Bellotti, E. ;

Belogurov, S. ;

Belyaev, S. T. ;

Benato, G. ;

Bettini, A. ;

Bezrukov, L. ;

Bode, T. ;

Borowicz, D. ;

Brudanin, V. ;

Brugnera, R. ;

Caldwell, A. ;

Cattadori, C. ;

Chernogorov, A. ;

D'Andrea, V. ;

Demidova, E. V. ;

Di Marco, N. ;

di Vacri, A. ;

Domula, A. ;

Doroshkevich, E. ;

Egorov, V. ;

Falkenstein, R. ;

Fedorova, O. ;

Freund, K. ;

Frodyma, N. ;

Gangapshev, A. ;

Garfagnini, A. ;

Gooch, C. ;

Grabmayr, P. ;

Gurentsov, V. ;

Gusev, K. ;

Hakenmueller, J. ;

Hegai, A. ;

Heisel, M. ;

Hemmer, S. ;

Hofmann, W. ;

Hult, M. ;

Inzhechik, L. V. ;

Csathy, J. Janicsko ;

Jochum, J. ;

Junker, M. ;

Kazalov, V. ;

Kihm, T. ;

Kirpichnikov, I. V. .

NATURE, 2017, 544 (7648) :47-+

[4] Search for Neutrinoless Double-Beta Decay with the Upgraded EXO-200 Detector [J].

Albert, J. B. ;

Anton, G. ;

Badhrees, I. ;

Barbeau, P. S. ;

Bayerlein, R. ;

Beck, D. ;

Belov, V. ;

Breidenbach, M. ;

Brunner, T. ;

Cao, G. F. ;

Cen, W. R. ;

Chambers, C. ;

Cleveland, B. ;

Coon, M. ;

Craycraft, A. ;

Cree, W. ;

Daniels, T. ;

Danilov, M. ;

Daugherty, S. J. ;

Daughhetee, J. ;

Davis, J. ;

Delaquis, S. ;

Mesrobian-Kabakian, A. Der ;

DeVoe, R. ;

Didberidze, T. ;

Dilling, J. ;

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