Exploring the neutrinoless double beta decay in the inverted neutrino hierarchy with bolometric detectors

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作者：

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Goett, J. ^{[2
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Gorla, P. ^{[2
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机构：

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

[2] Ist Nazl Fis Nucl, Lab Nazl Gran Sasso, I-67010 Laquila, Italy

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

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

[5] Univ Calif Berkeley, Lawrence Berkeley Natl Lab, Div Nucl Sci, Berkeley, CA 94720 USA

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

[7] Univ Calif Berkeley, Lawrence Berkeley Natl Lab, Div Mat Sci, Berkeley, CA 94720 USA

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

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

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

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

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

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

[14] Univ Wisconsin, Dept Phys, Madison, WI 53706 USA

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

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

[17] Ctr Spectrometrie Nucl & Spectrometrie Masse, F-91405 Orsay, France

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

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

[20] Yale Univ, Dept Phys, New Haven, CT 06520 USA

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

[22] Univ Calif Berkeley, Lawrence Berkeley Natl Lab, Div Phys, Berkeley, CA 94720 USA

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

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

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

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

[27] Univ Calif Berkeley, Lawrence Berkeley Natl Lab, Div Nucl Sci, Berkeley, CA 94720 USA

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

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

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

[31] Univ Edinburgh, Inst Astron, SUPA, Edinburgh EH9 3HJ, Midlothian, Scotland

[32] Univ Bologna, Dipartimento Fis, I-40127 Bologna, Italy

来源：

EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL C | 2014年 / 74卷 / 10期

基金：

美国国家科学基金会;

关键词：

SCINTILLATING BOLOMETER; PERFORMANCE; LIGHT; CUORE; DISCRIMINATION; RADIOACTIVITY; CONTAMINATION; VALIDATION; ISOTOPES; SEARCHES;

D O I：

10.1140/epjc/s10052-014-3096-8

中图分类号：

O412 [相对论、场论]; O572.2 [粒子物理学];

学科分类号：

摘要：

Neutrinoless double beta decay (0 nu beta beta) is one of the most sensitive probes for physics beyond the Standard Model, providing unique information on the nature of neutrinos. In this paper we review the status and outlook for bolometric 0 nu beta beta decay searches. We summarize recent advances in background suppression demonstrated using bolometers with simultaneous readout of heat and light signals. We simulate several configurations of a future CUORE-like bolometer array which would utilize these improvements and present the sensitivity reach of a hypothetical next-generation bolometric 0 nu beta beta experiment. We demonstrate that a bolometric experiment with the isotope mass of about 1 ton is capable of reaching the sensitivity to the effective Majorana neutrino mass (vertical bar m(ee)vertical bar) of order 10-20 meV, thus completely exploring the so-called inverted neutrino mass hierarchy region. We highlight the main challenges and identify priorities for an R&D program addressing them.

引用

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页数：19

共 80 条

[1] IGEX 76Ge neutrinoless double-beta decay experiment:: Prospects for next generation experiments -: art. no. 092007 [J].

Aalseth, CE ;

Avignone, FT ;

Brodzinski, RL ;

Cebrian, S ;

Garcia, E ;

Gonzalez, D ;

Hensley, WK ;

Irastorza, IG ;

Kirpichnikov, IV ;

Klimenko, AA ;

Miley, HS ;

Morales, A ;

Morales, J ;

de Solorzano, AO ;

Osetrov, SB ;

Pogosov, VS ;

Puimedon, J ;

Reeves, JH ;

Sarsa, ML ;

Smolnikov, AA ;

Starostin, AS ;

Tamanyan, AG ;

Vasenko, AA ;

Vasiliev, SI ;

Villar, JA .

PHYSICAL REVIEW D, 2002, 65 (09) :6

[2]

ABT I, 2004, ARXIVHEPEX0404039

[3] 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

[4] Results on Neutrinoless Double-β Decay of 76Ge from Phase I of the GERDA Experiment [J].

Agostini, M. ;

Allardt, M. ;

Andreotti, E. ;

Bakalyarov, A. M. ;

Balata, M. ;

Barabanov, I. ;

Heider, M. Barnabe ;

Barros, N. ;

Baudis, L. ;

Bauer, C. ;

Becerici-Schmidt, N. ;

Bellotti, E. ;

Belogurov, S. ;

Belyaev, S. T. ;

Benato, G. ;

Bettini, A. ;

Bezrukov, L. ;

Bode, T. ;

Brudanin, V. ;

Brugnera, R. ;

Budjas, D. ;

Caldwell, A. ;

Cattadori, C. ;

Chernogorov, A. ;

Cossavella, F. ;

Demidova, E. V. ;

Domula, A. ;

Egorov, V. ;

Falkenstein, R. ;

Ferella, A. ;

Freund, K. ;

Frodyma, N. ;

Gangapshev, A. ;

Garfagnini, A. ;

Gotti, C. ;

Grabmayr, P. ;

Gurentsov, V. ;

Gusev, K. ;

Guthikonda, K. K. ;

Hampel, W. ;

Hegai, A. ;

Heisel, M. ;

Hemmer, S. ;

Heusser, G. ;

Hofmann, W. ;

Hult, M. ;

Inzhechik, L. V. ;

Ioannucci, L. ;

Csathy, J. Janicsko ;

Jochum, J. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2013, 111 (12)

[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] A scintillating bolometer for experiments on double beta decay [J].

Alessandrello, A ;

Bashkirov, V ;

Brofferio, C ;

Bucci, C ;

Camin, DV ;

Cremonesi, O ;

Fiorini, E ;

Gervasio, G ;

Giuliani, A ;

Nucciotti, A ;

Pavan, M ;

Pessina, G ;

Previtali, E ;

Zanotti, L .

PHYSICS LETTERS B, 1998, 420 (1-2) :109-113

[7] Validation of techniques to mitigate copper surface contamination in CUORE [J].

Alessandria, F. ;

Ardito, R. ;

Artusa, D. R. ;

Avignone, F. T., III ;

Azzolini, O. ;

Balata, M. ;

Banks, T. I. ;

Bari, G. ;

Beeman, J. ;

Bellini, F. ;

Bersani, A. ;

Biassoni, M. ;

Bloxham, T. ;

Brofferio, C. ;

Bucci, C. ;

Cai, X. Z. ;

Canonica, L. ;

Capelli, S. ;

Carbone, L. ;

Cardani, L. ;

Carrettoni, M. ;

Casali, N. ;

Chott, N. ;

Clemenza, M. ;

Cosmelli, C. ;

Cremonesi, O. ;

Creswick, R. J. ;

Dafinei, I. ;

Dally, A. ;

Datskov, V. ;

De Biasi, A. ;

Deninno, M. M. ;

Di Domizio, S. ;

di Vacri, M. L. ;

Ejzak, L. ;

Faccini, R. ;

Fang, D. Q. ;

Farach, H. A. ;

Ferri, E. ;

Ferroni, F. ;

Fiorini, E. ;

Franceschi, M. A. ;

Freedman, S. J. ;

Fujikawa, B. K. ;

Giachero, A. ;

Gironi, L. ;

Giuliani, A. ;

Goett, J. ;

Goodsell, A. ;

Gorla, P. .

ASTROPARTICLE PHYSICS, 2013, 45 :13-22

[8] CUORE crystal validation runs: Results on radioactive contamination and extrapolation to CUORE background [J].

Alessandria, F. ;

Andreotti, E. ;

Ardito, R. ;

Arnaboldi, C. ;

Avignone, F. T., III ;

Balata, M. ;

Bandac, I. ;

Banks, T. I. ;

Bari, G. ;

Beeman, J. ;

Bellini, F. ;

Bersani, A. ;

Biassoni, M. ;

Bloxham, T. ;

Brofferio, C. ;

Bryant, A. ;

Bucci, C. ;

Cai, X. Z. ;

Canonica, L. ;

Capelli, S. ;

Carbone, L. ;

Cardani, L. ;

Carrettoni, M. ;

Chott, N. ;

Clemenza, M. ;

Cosmelli, C. ;

Cremonesi, O. ;

Creswick, R. J. ;

Dafinei, I. ;

Dally, A. ;

De Biasi, A. ;

Decowski, M. P. ;

Deninno, M. M. ;

de Waard, A. ;

Di Domizio, S. ;

Ejzak, L. ;

Faccini, R. ;

Fang, D. Q. ;

Farach, H. A. ;

Ferri, E. ;

Ferroni, F. ;

Fiorini, E. ;

Foggetta, L. ;

Freedman, S. J. ;

Frossati, G. ;

Giachero, A. ;

Gironi, L. ;

Giuliani, A. ;

Gorla, P. ;

Gotti, C. .

ASTROPARTICLE PHYSICS, 2012, 35 (12) :839-849

[9]

Alessandria F., 2013, ASTROPART PHYS

[10]

ALVAREZ V, 2011, ARXIV11063630PHYSICS

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