Observation of geo-neutrinos

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作者：

Bellini, G. ^{[9
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Benziger, J. ^{[16
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Bonetti, S. ^{[9
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Avanzini, M. Buizza ^{[9
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Cadonati, L. ^{[17
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Carraro, C. ^{[4
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Dalnoki-Veress, F. ^{[15
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D'Angelo, D. ^{[9
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Davini, S. ^{[4
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de Kerret, H. ^{[2
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Etenko, A. ^{[8
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Fiorentini, G. ^{[19
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Fomenko, K. ^{[3
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Franco, D. ^{[9
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Galbiati, C. ^{[15
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Gazzana, S. ^{[1
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Ghiano, C. ^{[1
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Giammarchi, M. ^{[9
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Goeger-Neff, M. ^{[11
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Goretti, A. ^{[15
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Guardincerri, E. ^{[4
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Hardy, S. ^{[18
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Ianni, Aldo ^{[1
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Ianni, Andrea ^{[15
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Joyce, M. ^{[18
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Kobychev, V. V. ^{[20
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Koshio, Y. ^{[1
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Korga, G. ^{[1
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Kryn, D. ^{[2
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Laubenstein, M. ^{[1
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Leung, M. ^{[15
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Lewke, T. ^{[11
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Litvinovich, E. ^{[8
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Loer, B. ^{[15
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Lombardi, P. ^{[9
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Ludhova, L. ^{[9
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Maneschg, W. ^{[6
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Manuzio, G. ^{[4
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Meindl, Q. ^{[11
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Meroni, E. ^{[9
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Miramonti, L. ^{[9
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Misiaszek, M. ^{[7
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Montanari, D. ^{[1
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Muratova, V. ^{[14
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机构：

[1] Ist Nazl Fis Nucl, Lab Nazl Gran Sasso, I-67010 Assergi, AQ, Italy

[2] Lab AstroParticule & Cosmol, F-75231 Paris 13, France

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

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

[5] Ist Nazl Fis Nucl, I-16146 Genoa, Italy

[6] Max Planck Inst Kernphys, D-69029 Heidelberg, Germany

[7] Jagiellonian Univ, M Smoluchowski Inst Phys, PL-30059 Krakow, Poland

[8] RRC Kurchatov Inst, Moscow 123182, Russia

[9] Univ Milan, Dipartimento Fis, I-20133 Milan, Italy

[10] Ist Nazl Fis Nucl, I-20133 Milan, Italy

[11] Tech Univ Munich, Dept Phys, D-85747 Garching, Germany

[12] Univ Perugia, Dipartimento Chim, I-06123 Perugia, Italy

[13] Ist Nazl Fis Nucl, I-06123 Perugia, Italy

[14] St Petersburg Nucl Phys Inst, Gatchina 188350, Russia

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

[16] Princeton Univ, Dept Chem Engn, Princeton, NJ 08544 USA

[17] Univ Massachusetts, Dept Phys, Amherst, MA 01003 USA

[18] Virginia Polytech Inst & State Univ, Dept Phys, Blacksburg, VA 24061 USA

[19] Univ Ferrara, Dipartimento Fis, I-44100 Ferrara, Italy

[20] Inst Nucl Res, UA-03680 Kiev, Ukraine

来源：

PHYSICS LETTERS B | 2010年 / 687卷 / 4-5期

基金：

美国国家科学基金会;

关键词：

Geo-neutrino; Neutrino detector; Anti-neutrinos from reactors; COUNTING TEST FACILITY; ANTINEUTRINO; GEOPHYSICS; DETECTOR; TIME;

D O I：

10.1016/j.physletb.2010.03.051

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

Geo-neutrinos, electron anti-neutrinos produced in beta decays of naturally occurring radioactive isotopes in the Earth, are a unique direct probe of our planet's interior. We report the first observation at more than 3 sigma C.L. of geo-neutrinos, performed with the Borexino detector at Laboratori Nazionali del Gran Sasso. Anti-neutrinos are detected through the neutron inverse beta decay reaction. With a 252.6 ton yr fiducial exposure after all selection cuts, we detected 9.9(-3.4)(+4.1)((+14.6)(-8.2))geo-neutrino events, wills errors corresponding to a 68.3% (99.73%) C.L. From the In C.. profile, the statistical significance of the Borexino geo-neutrino observation corresponds to a 99.997% C.L. Our measurement of the geo-neutrinos rate is 3.9(-1.3)(+1.6)((+5.8)(-3.2)) events/(100 ton yr). The observed prompt positron spectrum above 2.6 MeV is compatible with that expected from European nuclear reactors (mean base line of approximately 1000 km). Our measurement of reactor anti-neutrinos excludes the non-oscillation hypothesis at 99.60% C.L. This measurement rejects the hypothesis of an active geo-reactor in the Earth's core with a power above 3 TW at 95% C.L. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

引用

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页数：6

共 34 条

[1] Precision measurement of neutrino oscillation parameters with KamLAND [J].

Abe, S. ;

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Enomoto, S. ;

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Nakamura, K. ;

Nakamura, M. ;

Owada, K. ;

Shimizu, I. ;

Shimizu, Y. ;

Shirai, J. ;

Suekane, F. ;

Suzuki, A. ;

Takemoto, Y. ;

Tamae, K. ;

Terashima, A. ;

Watanabe, H. ;

Yonezawa, E. ;

Yoshida, S. ;

Busenitz, J. ;

Classen, T. ;

Grant, C. ;

Keefer, G. ;

Leonard, D. S. ;

McKee, D. ;

Piepke, A. ;

Decowski, M. P. ;

Detwiler, J. A. ;

Freedman, S. J. ;

Fujikawa, B. K. ;

Gray, F. ;

Guardincerri, E. ;

Hsu, L. ;

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[2] The liquid handling systems for the Borexino solar neutrino detector [J].

Alimonti, G. ;

Arpesella, C. ;

Avanzini, M. B. ;

Back, H. ;

Balata, M. ;

Bartolomei, D. ;

de Bellefon, A. ;

Bellini, G. ;

Benziger, J. ;

Bevilacqua, A. ;

Bondi, D. ;

Bonetti, S. ;

Brigatti, A. ;

Caccianiga, B. ;

Cadonati, L. ;

Calaprice, F. ;

Carraro, C. ;

Cecchet, G. ;

Cereseto, R. ;

Chavarria, A. ;

Chen, M. ;

Chepurnov, A. ;

Cubaiu, A. ;

Czech, W. ;

D'Angelo, D. ;

Dalnoki-Veress, F. ;

Davini, S. ;

De Bari, A. ;

De Haas, E. ;

Derbin, A. ;

Deutsch, M. ;

Di Credico, A. ;

Di Ludovico, A. ;

Di Pietro, G. ;

Eisenstein, R. ;

Elisei, F. ;

Etenko, A. ;

von Feilitzsch, F. ;

Fernholz, R. ;

Fomenko, K. ;

Ford, R. ;

Franco, D. ;

Freudiger, B. ;

Gaertner, N. ;

Galbiati, C. ;

Gatti, F. ;

Gazzana, S. ;

Gehman, V. ;

Giammarchi, M. ;

Giugni, D. .

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[3] The Borexino detector at the Laboratori Nazionali del Gran Sasso [J].

Alimonti, G. ;

Arpesella, C. ;

Back, H. ;

Balata, M. ;

Bartolomei, D. ;

de Bellefon, A. ;

Bellini, G. ;

Benziger, J. ;

Bevilacqua, A. ;

Bondi, D. ;

Bonetti, S. ;

Brigatti, A. ;

Caccianiga, B. ;

Cadonati, L. ;

Calaprice, F. ;

Carraro, C. ;

Cecchet, G. ;

Cereseto, R. ;

Chavarria, A. ;

Chen, M. ;

Chepurnov, A. ;

Cubaiu, A. ;

Czech, W. ;

D'Angelo, D. ;

Dalnoki-Veress, F. ;

De Bari, A. ;

De Haas, E. ;

Derbin, A. ;

Deutsch, M. ;

Di Credico, A. ;

Di Ludovico, A. ;

Di Pietro, G. ;

Eisenstein, R. ;

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Etenko, A. ;

von Feilitzsch, F. ;

Fernholz, R. ;

Fomenko, K. ;

Ford, R. ;

Franco, D. ;

Freudiger, B. ;

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Galbiati, C. ;

Gatti, F. ;

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[4] A large-scale low-background liquid scintillation detector: the counting test facility at Gran Sasso [J].

Alimonti, G ;

Arpesella, C ;

Bacchiocchi, G ;

Balata, M ;

Bellini, G ;

Benziger, J ;

Bonetti, S ;

Brigatti, A ;

Cadonati, L ;

Calaprice, FP ;

Cavaletti, R ;

Cecchet, G ;

Chen, M ;

Darnton, N ;

deBari, A ;

Deutsch, M ;

Elisei, F ;

von Feilitzsch, F ;

Galbiati, C ;

Garagiola, A ;

Gatti, F ;

Giammarchi, MG ;

Giugni, D ;

Goldbrunner, T ;

Golubchikov, A ;

Goretti, A ;

Grabar, S ;

Hagner, T ;

Hartmann, F ;

von Hentig, R ;

Heusser, G ;

Ianni, A ;

Jochum, J ;

Johnson, M ;

Laubenstein, M ;

Loeser, F ;

Lombardi, P ;

Magni, S ;

Malvezzi, S ;

Manno, I ;

Manuzio, G ;

Masetti, F ;

Mazzucato, U ;

Meroni, E ;

Neff, M ;

Nisi, S ;

Nostro, A ;

Oberauer, L ;

Perotti, A ;

Preda, A .

NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 1998, 406 (03) :411-426

[5] Seasonal variations in the underground muon intensity as seen by MACRO [J].

Ambrosio, M ;

Antolini, R ;

Auriemma, G ;

Baker, R ;

Baldini, A ;

Barbarino, GC ;

Barish, BC ;

Battistoni, G ;

Bellotti, R ;

Bemporad, C ;

Bernardini, P ;

Bilokon, H ;

Bisi, V ;

Bloise, C ;

Bosio, T ;

Bower, C ;

Bussino, S ;

Cafagna, F ;

Calicchio, M ;

Campana, D ;

Carboni, M ;

Castellano, M ;

Cecchini, S ;

Cei, F ;

Chiarella, V ;

Corona, A ;

Coutu, S ;

DeBenedictis, L ;

DeCataldo, G ;

Dekhissi, H ;

DeMarzo, C ;

De Mitri, I ;

DeVincenzi, M ;

DiCredico, A ;

Erriquez, O ;

Fantini, R ;

Favuzzi, C ;

Forti, C ;

Fusco, P ;

Giacomelli, G ;

Giannini, G ;

Giglietto, N ;

Goretti, M ;

Grassi, M ;

Green, P ;

Grillo, A ;

Guarino, F ;

Guarnaccia, P ;

Gustavino, C ;

Habig, A .

ASTROPARTICLE PHYSICS, 1997, 7 (1-2) :109-124

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Maeda, T ;

Mitsui, T ;

Motoki, M ;

Nakajima, K ;

Ogawa, H ;

Ogawa, M ;

Owada, K ;

Ricol, JS ;

Shimizu, I ;

Shirai, J ;

Suekane, F ;

Suzuki, A ;

Tada, K ;

Takeuchi, S ;

Tamae, K ;

Tsuda, Y ;

Watanabe, H ;

Busenitz, J ;

Classen, T ;

Djurcic, Z ;

Keefer, G ;

Leonard, D ;

Piepke, A ;

Yakushev, E ;

Berger, BE ;

Chan, YD ;

Decowski, MP ;

Dwyer, DA ;

Freedman, SJ ;

Fujikawa, BK ;

Goldman, J ;

Gray, F ;

Heeger, KM ;

Hsu, L ;

Lesko, KT ;

Luk, KB ;

Murayama, H ;

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[7] Measurement of neutrino oscillation with KamLAND: Evidence of spectral distortion [J].

Araki, T ;

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Ichimura, K ;

Ikeda, H ;

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Ishihara, K ;

Iwamoto, T ;

Kawashima, T ;

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Koga, M ;

Koseki, Y ;

Maeda, T ;

Mitsui, T ;

Motoki, M ;

Nakajima, K ;

Ogawa, H ;

Owada, K ;

Ricol, JS ;

Shimizu, I ;

Shirai, J ;

Suekane, F ;

Suzuki, A ;

Tada, K ;

Tajima, O ;

Tamae, K ;

Tsuda, Y ;

Watanabe, H ;

Busenitz, J ;

Classen, T ;

Djurcic, Z ;

Keefer, G ;

McKinny, K ;

Mei, DM ;

Piepke, A ;

Yakushev, E ;

Berger, BE ;

Chan, YD ;

Decowski, MP ;

Dwyer, DA ;

Freedman, SJ ;

Fu, Y ;

Fujikawa, BK ;

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Heeger, KM ;

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[8] First real time detection of 7Be solar neutrinos by Borexino [J].

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Freudiger, B. ;

Galbiati, C. ;

Gazzana, S. ;

Giammarchi, M. ;

Goeger-Neff, M. ;

Goretti, A. ;

Grieb, C. ;

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Heusser, G. ;

Ianni, Aldo ;

Ianni, Andrea ;

Joyce, M. ;

Korga, G. ;

Kryn, D. ;

Laubenstein, M. ;

Leung, M. ;

Litvinovich, E. ;

Lombardi, P. ;

Ludhova, L. ;

Machulin, I. ;

Manuzio, G. ;

Martemianov, A. ;

Masetti, F. ;

McCarty, K. ;

Meroni, E. ;

Miramonti, L. ;

Misiaszek, M. ;

Montanari, D. ;

Monzani, M. E. ;

Muratova, V. ;

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[9] Direct measurement of the 7Be solar neutrino flux with 192 days of Borexino data [J].

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Bonetti, S. ;

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Cecchet, G. ;

Chavarria, A. ;

Chen, M. ;

Dalnoki-Veress, F. ;

D'Angelo, D. ;

de Bari, A. ;

de Bellefon, A. ;

de Kerret, H. ;

Derbin, A. ;

Deutsch, M. ;

di Credico, A. ;

di Pietro, G. ;

Eisenstein, R. ;

Elisei, E. ;

Etenko, A. ;

Fernholz, R. ;

Fomenko, K. ;

Ford, R. ;

Franco, D. ;

Freudiger, B. ;

Galbiati, C. ;

Gatti, F. ;

Gazzana, S. ;

Giammarchi, M. ;

Giugni, D. ;

Goeger-Neff, M. ;

Goldbrunner, T. ;

Goretti, A. ;

Grieb, C. ;

Hagner, C. ;

Hampel, W. ;

Harding, E. ;

Hardy, S. ;

Hartman, F. X. ;

Hertrich, T. ;

Heusser, G. ;

Ianni, Aldo ;

Ianni, Andrea ;

Joyce, M. .

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[10] Search for electron antineutrino interactions with the Borexino Counting Test Facility at Gran Sasso [J].

Balata, M. ;

Bellini, G. ;

Benziger, J. ;

Bonetti, S. ;

Caccianiga, B. ;

Calaprice, F. ;

D'Angelo, D. ;

de Bellefon, A. ;

de Kerret, H. ;

Derbin, A. ;

Etenko, A. ;

Ford, R. ;

Franco, D. ;

Galbiati, C. ;

Gazzana, S. ;

Giammarchi, M. ;

Goretti, A. ;

Harding, E. ;

Heusser, G. ;

Ianni, A. ;

Ianni, A. M. ;

Kobychev, V. V. ;

Korga, G. ;

Kozlov, Y. ;

Kryn, D. ;

Laubenstein, M. ;

Lendvai, C. ;

Leung, M. ;

Litvinovich, E. ;

Lombardi, P. ;

Machulin, I. ;

Manuzio, D. ;

Manuzio, G. ;

Masetti, F. ;

Mazzucato, U. ;

McCarty, K. ;

Meroni, E. ;

Miramonti, L., I ;

Monzani, M. E. ;

Muratova, V. ;

Niedermeier, L. ;

Oberauer, L. ;

Obolensky, M. ;

Ortica, F. ;

Pallavicini, M. ;

Papp, L. ;

Perasso, L. ;

Pocar, A. ;

Raghavan, R. S. ;

Ranucci, G. .

EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL C, 2006, 47 (01) :21-30

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共 34 条

[1] Precision measurement of neutrino oscillation parameters with KamLAND [J].

Abe, S. ;

Ebihara, T. ;

Enomoto, S. ;

Furuno, K. ;

Gando, Y. ;

Ichimura, K. ;

Ikeda, H. ;

Inoue, K. ;

Kibe, Y. ;

Kishimoto, Y. ;

Koga, M. ;

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Minekawa, Y. ;

Mitsui, T. ;

Nakajima, K. ;

Nakamura, K. ;

Nakamura, M. ;

Owada, K. ;

Shimizu, I. ;

Shimizu, Y. ;

Shirai, J. ;

Suekane, F. ;

Suzuki, A. ;

Takemoto, Y. ;

Tamae, K. ;

Terashima, A. ;

Watanabe, H. ;

Yonezawa, E. ;

Yoshida, S. ;

Busenitz, J. ;

Classen, T. ;

Grant, C. ;

Keefer, G. ;

Leonard, D. S. ;

McKee, D. ;

Piepke, A. ;

Decowski, M. P. ;

Detwiler, J. A. ;

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Fujikawa, B. K. ;

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Guardincerri, E. ;

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Luk, K. -B. ;

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[2] The liquid handling systems for the Borexino solar neutrino detector [J].

Alimonti, G. ;

Arpesella, C. ;

Avanzini, M. B. ;

Back, H. ;

Balata, M. ;

Bartolomei, D. ;

de Bellefon, A. ;

Bellini, G. ;

Benziger, J. ;

Bevilacqua, A. ;

Bondi, D. ;

Bonetti, S. ;

Brigatti, A. ;

Caccianiga, B. ;

Cadonati, L. ;

Calaprice, F. ;

Carraro, C. ;

Cecchet, G. ;

Cereseto, R. ;

Chavarria, A. ;

Chen, M. ;

Chepurnov, A. ;

Cubaiu, A. ;

Czech, W. ;

D'Angelo, D. ;

Dalnoki-Veress, F. ;

Davini, S. ;

De Bari, A. ;

De Haas, E. ;

Derbin, A. ;

Deutsch, M. ;

Di Credico, A. ;

Di Ludovico, A. ;

Di Pietro, G. ;

Eisenstein, R. ;

Elisei, F. ;

Etenko, A. ;

von Feilitzsch, F. ;

Fernholz, R. ;

Fomenko, K. ;

Ford, R. ;

Franco, D. ;

Freudiger, B. ;

Gaertner, N. ;

Galbiati, C. ;

Gatti, F. ;

Gazzana, S. ;

Gehman, V. ;

Giammarchi, M. ;

Giugni, D. .

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[3] The Borexino detector at the Laboratori Nazionali del Gran Sasso [J].

Alimonti, G. ;

Arpesella, C. ;

Back, H. ;

Balata, M. ;

Bartolomei, D. ;

de Bellefon, A. ;

Bellini, G. ;

Benziger, J. ;

Bevilacqua, A. ;

Bondi, D. ;

Bonetti, S. ;

Brigatti, A. ;

Caccianiga, B. ;

Cadonati, L. ;

Calaprice, F. ;

Carraro, C. ;

Cecchet, G. ;

Cereseto, R. ;

Chavarria, A. ;

Chen, M. ;

Chepurnov, A. ;

Cubaiu, A. ;

Czech, W. ;

D'Angelo, D. ;

Dalnoki-Veress, F. ;

De Bari, A. ;

De Haas, E. ;

Derbin, A. ;

Deutsch, M. ;

Di Credico, A. ;

Di Ludovico, A. ;

Di Pietro, G. ;

Eisenstein, R. ;

Elisei, F. ;

Etenko, A. ;

von Feilitzsch, F. ;

Fernholz, R. ;

Fomenko, K. ;

Ford, R. ;

Franco, D. ;

Freudiger, B. ;

Gaertner, N. ;

Galbiati, C. ;

Gatti, F. ;

Gazzana, S. ;

Gehman, V. ;

Giammarchi, M. ;

Giugni, D. ;

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[4] A large-scale low-background liquid scintillation detector: the counting test facility at Gran Sasso [J].

Alimonti, G ;

Arpesella, C ;

Bacchiocchi, G ;

Balata, M ;

Bellini, G ;

Benziger, J ;

Bonetti, S ;

Brigatti, A ;

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Calaprice, FP ;

Cavaletti, R ;

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Chen, M ;

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Deutsch, M ;

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Galbiati, C ;

Garagiola, A ;

Gatti, F ;

Giammarchi, MG ;

Giugni, D ;

Goldbrunner, T ;

Golubchikov, A ;

Goretti, A ;

Grabar, S ;

Hagner, T ;

Hartmann, F ;

von Hentig, R ;

Heusser, G ;

Ianni, A ;

Jochum, J ;

Johnson, M ;

Laubenstein, M ;

Loeser, F ;

Lombardi, P ;

Magni, S ;

Malvezzi, S ;

Manno, I ;

Manuzio, G ;

Masetti, F ;

Mazzucato, U ;

Meroni, E ;

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Nostro, A ;

Oberauer, L ;

Perotti, A ;

Preda, A .

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[5] Seasonal variations in the underground muon intensity as seen by MACRO [J].

Ambrosio, M ;

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