First Limit on the Direct Detection of Lightly Ionizing Particles for Electric Charge as Low as e/1000 with the MAJORANA DEMONSTRATOR

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作者：

Alvis, S. I. ^{[1
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Arnquist, I. J. ^{[3
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Avignone, F. T., III ^{[4
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Barabash, A. S. ^{[6
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Bertrand, F. E. ^{[5
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Busch, M. ^{[9
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Buuck, M. ^{[1
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Caldwell, T. S. ^{[10
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Chan, Y-D. ^{[12
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Christofferson, C. D. ^{[13
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Chu, P. -H. ^{[14
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Cuesta, C. ^{[1
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Detwiler, J. A. ^{[1
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Dunagan, C. ^{[13
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Efremenko, Yu. ^{[5
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Ejiri, H. ^{[16
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Elliott, S. R. ^{[14
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Gilliss, T. ^{[10
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Giovanetti, G. K. ^{[17
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Green, M. P. ^{[5
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Gruszko, J. ^{[19
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Guinn, I. S. ^{[1
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Guiseppe, V. E. ^{[4
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Haufe, C. R. ^{[10
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Hehn, L. ^{[12
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Henning, R. ^{[10
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Hoppe, E. W. ^{[3
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Howe, M. A. ^{[10
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Konovalov, S. I. ^{[6
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Kouzes, R. T. ^{[3
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Lopez, A. M. ^{[15
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Martin, R. D. ^{[20
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Massarczyk, R. ^{[14
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Meijer, S. J. ^{[10
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Mertens, S. ^{[21
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Myslik, J. ^{[12
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O'Shaughnessy, C. ^{[10
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Othman, G. ^{[10
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Pettus, W. ^{[1
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Poon, A. W. P. ^{[12
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Radford, D. C. ^{[5
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Rager, J. ^{[10
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Reine, A. L. ^{[10
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Rielage, K. ^{[14
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Robertson, R. G. H. ^{[1
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Ruof, N. W. ^{[1
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Shanks, B. ^{[5
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Shirchenko, M. ^{[8
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机构：

[1] Univ Washington, Ctr Expt Nucl Phys & Astrophys, Seattle, WA 98195 USA

[2] Univ Washington, Dept Phys, Seattle, WA 98195 USA

[3] Pacific Northwest Natl Lab, Richland, WA 99354 USA

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

[5] Oak Ridge Natl Lab, Oak Ridge, TN 37830 USA

[6] Natl Res Ctr, Inst Theoret & Expt Phys, Kurchatov Inst, Moscow 117218, Russia

[7] Univ South Dakota, Dept Phys, Vermillion, SD 57069 USA

[8] Joint Inst Nucl Res, Dubna 141980, Russia

[9] Duke Univ, Dept Phys, Durham, NC 27708 USA

[10] Triangle Univ Nucl Lab, Durham, NC 27708 USA

[11] Univ N Carolina, Dept Phys & Astron, Chapel Hill, NC 27514 USA

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

[13] Soth Dakota Sch Mines & Technol, Rapid City, SD 57701 USA

[14] Los Alamos Natl Lab, Los Alamos, NM 87545 USA

[15] Univ Tennessee, Dept Phys & Astron, Knoxville, TN 37916 USA

[16] Osaka Univ, Res Ctr Nucl Phys, Ibaraki, Osaka 5670047, Japan

[17] Princeton Univ, Dept Phys, Princeton, NJ 08544 USA

[18] North Carolina State Univ, Dept Phys, Raleigh, NC 27695 USA

[19] MIT, Dept Phys, Cambridge, MA 02139 USA

[20] Queens Univ, Dept Phys Engn Phys & Astron, Kingston, ON K7L 3N6, Canada

[21] Max Planck Inst Phys & Astrophys, D-80805 Munich, Germany

[22] Tech Univ Munich, Phys Dept, D-85748 Munich, Germany

[23] CIEMAT, Ctr Invest Energeticas Medioambientales & Technol, E-28040 Madrid, Spain

来源：

PHYSICAL REVIEW LETTERS | 2018年 / 120卷 / 21期

基金：

美国国家科学基金会; 俄罗斯基础研究基金会; 加拿大自然科学与工程研究理事会;

关键词：

MILLICHARGED PARTICLES; E(+)E(-) COLLISIONS; FRACTIONAL CHARGE; SEARCH; IDENTIFICATION; QUANTIZATION; CONSTRAINTS; FRAGMENTS; FRAMEWORK; MATTER;

D O I：

10.1103/PhysRevLett.120.211804

中图分类号：

O4 [物理学];

学科分类号：

0702 ;

摘要：

The MAJORANA DEMONSTRATOR is an ultralow-background experiment searching for neutrinoless double-beta decay in Ge-76. The heavily shielded array of germanium detectors, placed nearly a mile underground at the Sanford Underground Research Facility in Lead, South Dakota, also allows searches for new exotic physics. Free, relativistic, lightly ionizing particles with an electrical charge less than e are forbidden by the standard model but predicted by some of its extensions. If such particles exist, they might be detected in the MAJORANA DEMONSTRATOR by searching for multiple-detector events with individual-detector energy depositions down to 1 keV. This search is background-free, and no candidate events have been found in 285 days of data taking. New direct-detection limits are set for the flux of lightly ionizing particles for charges as low as e/1000.

引用

页数：7

共 78 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. ;

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Arnquist, I. J. ;

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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. ;

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Efremenko, Yu. ;

Ejiri, H. ;

Elliott, S. R. ;

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[2]

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[3] LIMITS ON THE PRODUCTION OF MASSIVE STABLE CHARGED-PARTICLES [J].

ABE, F ;

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BADGETT, W ;

BAILEY, MW ;

BAMBERGER, A ;

DEBARBARO, P ;

BARBAROGALTIERI, A ;

BARNES, VE ;

BARNETT, BA ;

BAUER, G ;

BAUMANN, T ;

BEDESCHI, F ;

BEHRENDS, S ;

BELFORTE, S ;

BELLETTINI, G ;

BELLINGER, J ;

BENJAMIN, D ;

BENLLOCH, J ;

BENSINGER, J ;

BERETVAS, A ;

BERGE, JP ;

BERTOLUCCI, S ;

BHADRA, S ;

BINKLEY, M ;

BISELLO, D ;

BLAIR, R ;

BLOCKER, C ;

BODEK, A ;

BOLOGNESI, V ;

BOOTH, AW ;

BOSWELL, C ;

BRANDENBURG, G ;

BROWN, D ;

BUCKLEYGEER, E ;

BUDD, HS ;

BUSETTO, G ;

BYONWAGNER, A ;

BYRUM, KL ;

CAMPAGNARI, C ;

CAMPBELL, M ;

CANER, A ;

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CARLSMITH, D .

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[4] Muon flux measurements at the davis campus of the sanford underground research facility with the MAJORANA DEMONSTRATOR veto system [J].

Abgrall, N. ;

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Brudanin, V. ;

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Byram, D. ;

Caldwell, A. S. ;

Chan, Y-D. ;

Christofferson, C. D. ;

Chu, P. -H. ;

Cuesta, C. ;

Detvviler, J. A. ;

Dunagan, C. ;

Efremenko, Yu. ;

Ejiri, H. ;

Elliott, S. R. ;

Galindo-Uribarri, A. ;

Gilliss, T. ;

Giovanetti, G. K. ;

Goett, J. ;

Green, M. P. ;

Gruszko, J. T. ;

Guinn, I. S. ;

Guiseppe, V. E. ;

Henning, R. ;

Hoppe, E. W. ;

Howard, S. ;

Howe, M. A. ;

Jasinski, B. R. ;

Keeter, K. J. ;

Kidd, M. F. ;

Konovalov, S. I. ;

Kouzes, R. T. ;

LaFerriere, B. D. ;

Leon, J. ;

Lopez, A. M. ;

MacMullin, J. ;

Martin, R. D. ;

Massarczyk, R. ;

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ASTROPARTICLE PHYSICS, 2017, 93 :70-75

[5] New Limits on Bosonic Dark Matter, Solar Axions, Pauli Exclusion Principle Violation, and Electron Decay from the MAJORANA DEMONSTRATOR [J].

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Guiseppe, V. E. ;

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Howard, S. ;

Howe, M. A. ;

Jasinski, B. R. ;

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Kouzes, R. T. ;

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MacMullin, J. ;

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[6] The MAJORANA DEMONSTRATOR Neutrinoless Double-Beta Decay Experiment [J].

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Doe, P. J. ;

Efremenko, Yu. ;

Egorov, V. ;

Ejiri, H. ;

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Esterline, J. ;

Fast, J. E. ;

Finnerty, P. ;

Fraenkle, F. M. ;

Galindo-Uribarri, A. ;

Giovanetti, G. K. ;

Goett, J. ;

Green, M. P. ;

Gruszko, J. ;

Guiseppe, V. E. ;

Gusev, K. ;

Hallin, A. L. ;

Hazama, R. ;

Hegai, A. ;

Henning, R. ;

Hoppe, E. W. ;

Howard, S. ;

Howe, M. A. ;

Keeter, K. J. ;

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Knecht, A. ;

Kochetov, O. ;

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Amaldi, U ;

Amato, S ;

Andreazza, A ;

Andrieux, ML ;

Antilogus, P ;

Apel, WD ;

Asman, B ;

Augustin, JE ;

Augustinus, A ;

Baillon, P ;

Bambade, P ;

Barao, F ;

Barbi, M ;

Barbiellini, G ;

Bardin, DY ;

Barker, G ;

Baroncelli, A ;

Barring, O ;

Barrio, JA ;

Bartl, W ;

Bates, MJ ;

Battaglia, M ;

Baubillier, M ;

Baudot, J ;

Becks, KH ;

Begalli, M ;

Beilliere, P ;

Belokopytov, Y ;

Belous, K ;

Benvenuti, AC ;

Berggren, M ;

Bertini, D ;

Bertrand, D ;

Besancon, M ;

Bianchi, F ;

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Amidei, D ;

Anikeev, K ;

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Apollinari, G ;

Arisawa, T ;

Artikov, A ;

Asakawa, T ;

Ashmanskas, W ;

Azfar, F ;

Azzi-Bacchetta, P ;

Bacchetta, N ;

Bachacou, H ;

Badgett, W ;

Bailey, S ;

de Barbaro, P ;

Barbaro-Galtieri, A ;

Barnes, VE ;

Barnett, BA ;

Baroiant, S ;

Barone, M ;

Bauer, G ;

Bedeschi, F ;

Behari, S ;

Belforte, S ;

Bell, WH ;

Bellettini, G ;

Bellinger, J ;

Benjamin, D ;

Bensinger, J ;

Beretvas, A ;

Berryhill, J ;

Bhatti, A ;

Binkley, M ;

Bisello, D ;

Bishai, M ;

Blair, RE ;

Blocker, C ;

Bloom, K ;

Blumenfeld, B ;

Blusk, SR ;

Bocci, A ;

Bodek, A ;

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Dadykin, V. L. ;

Fulgione, W. ;

Galeotti, P. ;

Khalchukov, F. F. ;

Korolkova, E. V. ;

Kortchaguin, P. V. ;

Kortchaguin, V. B. ;

Kudryavtsev, V. A. ;

Malguin, A. S. ;

Marchetti, G. ;

Periale, L. ;

Ryassny, V. G. ;

Ryazhskaya, O. G. ;

Saavedra, O. ;

Trinchero, G. C. ;

Vernetto, S. ;

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ASTROPARTICLE PHYSICS, 1994, 2 (01) :29-34

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Crewdson, C. H. ;

Cushman, P. ;

Daal, M. ;

Di Stefano, P. C. F. ;

Doughty, T. ;

Esteban, L. ;

Fallows, S. ;

Figueroa-Feliciano, E. ;

Godfrey, G. L. ;

Golwala, S. R. ;

Hall, J. ;

Harris, H. R. ;

Hertel, S. A. ;

Hofer, T. ;

Holmgren, D. ;

Hsu, L. ;

Huber, M. E. ;

Jastram, A. ;

Kamaev, O. ;

Kara, B. ;

Kelsey, M. H. ;

Kennedy, A. ;

Kiveni, M. ;

Koch, K. ;

Leder, A. ;

Loer, B. ;

Lopez Asamar, E. ;

Mahapatra, R. ;

Mandic, V. ;

Martinez, C. ;

McCarthy, K. A. ;

Mirabolfathi, N. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2015, 114 (11)

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共 78 条

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

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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. ;

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[2]

Abbiendi G., 2003, Physics Letters B, V572, P8, DOI 10.1016/S0370-2693(03)00639-7

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BACCHETTA, N ;

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BAMBERGER, A ;

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BARNES, VE ;

BARNETT, BA ;

BAUER, G ;

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BYRUM, KL ;

CAMPAGNARI, C ;

CAMPBELL, M ;

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PHYSICAL REVIEW D, 1992, 46 (05) :R1889-R1894

[4] Muon flux measurements at the davis campus of the sanford underground research facility with the MAJORANA DEMONSTRATOR veto system [J].

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Byram, D. ;

Caldwell, A. S. ;

Chan, Y-D. ;

Christofferson, C. D. ;

Chu, P. -H. ;

Cuesta, C. ;

Detvviler, J. A. ;

Dunagan, C. ;

Efremenko, Yu. ;

Ejiri, H. ;

Elliott, S. R. ;

Galindo-Uribarri, A. ;

Gilliss, T. ;

Giovanetti, G. K. ;

Goett, J. ;

Green, M. P. ;

Gruszko, J. T. ;

Guinn, I. S. ;

Guiseppe, V. E. ;

Henning, R. ;

Hoppe, E. W. ;

Howard, S. ;

Howe, M. A. ;

Jasinski, B. R. ;

Keeter, K. J. ;

Kidd, M. F. ;

Konovalov, S. I. ;

Kouzes, R. T. ;

LaFerriere, B. D. ;

Leon, J. ;

Lopez, A. M. ;

MacMullin, J. ;

Martin, R. D. ;

Massarczyk, R. ;

Meijer, S. J. ;

Mertens, S. ;

Orrell, J. L. ;

O'Shaughnessy, C. ;

Overman, N. R. ;

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[5] New Limits on Bosonic Dark Matter, Solar Axions, Pauli Exclusion Principle Violation, and Electron Decay from the MAJORANA DEMONSTRATOR [J].

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Christofferson, C. D. ;

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Cuesta, C. ;

Detwiler, J. A. ;

Dunagan, C. ;

Efremenko, Yu. ;

Ejiri, H. ;

Elliott, S. R. ;

GiIliss, T. ;

Giovanetti, G. K. ;

Goett, J. ;

Green, M. P. ;

Gruszko, J. ;

Guinn, I. S. ;

Guiseppe, V. E. ;

Haute, C. R. S. ;

Henning, R. ;

Hoppe, E. W. ;

Howard, S. ;

Howe, M. A. ;

Jasinski, B. R. ;

Keeter, K. J. ;

Kidd, M. F. ;

Konovalov, S. I. ;

Kouzes, R. T. ;

Lopez, A. M. ;

MacMullin, J. ;

Martin, R. D. ;

Massarczyk, R. ;

Meijer, S. J. ;

Mertens, S. ;

O'Shaughnessy, C. ;

Poon, A. W. P. ;

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[6] The MAJORANA DEMONSTRATOR Neutrinoless Double-Beta Decay Experiment [J].

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