중성미자 이중 베타 붕괴

중성미자 이중 베타 붕괴(0µββ)는 일반적으로 제안되고 실험적으로 추구되는 이론적인 방사성 붕괴 과정으로 중성미자 ^[1]^[2]입자의 마요라나 특성을 증명한다.지금까지도 ^[2]^[3]^[4]발견되지 않았다.

중성미자 이중 베타 붕괴의 발견은 절대 중성미자 질량과 질량 계층(중성미자 질량)을 밝힐 수 있다.그것은 완전한 렙톤 숫자 ^[5]보존을 위반했다는 최초의 신호를 의미할 것이다.중성미자의 마요라나 성질은 중성미자의 반입자가 자신과 다르지 않다는 것을 확인시켜 줄 것이다. 즉, 중성미자의 ^[6]반입자이기 때문이다.

중성미자 이중 베타 붕괴를 찾기 위해 현재 여러 가지 실험이 진행 중이며, 향후 민감도 증가를 위한 몇 가지 실험도 ^[7]제안되고 있다.

이론적 논의의 역사적 발전

1939년에 웬델 H. Furfly는 중성미자의 마요라나 성질에 대한 아이디어를 제안했는데, 이것은 베타 ^[8]붕괴와 관련이 있다.Furfly는 중성미자 이중 베타 ^[8]붕괴의 전이 확률이 더 높다고 말했다.그것은 렙톤 ^[1]번호 보존 위반을 찾기 위해 제안된 첫 번째 아이디어였다.이후 중성미자의 성질을 연구하는 데 유용하다는 점에서 주목을 받았다(인용어 참조).

[T]he 0µ 모드 [...] 이것은 렙톤 수치를 위반하여 오랫동안 중성미자 특성을 시험하는 강력한 도구로 인식되어 왔다.
— Oliviero Cremonesi^[9]

이탈리아의 물리학자 에토레 마요라나는 입자가 그 ^[6]자체의 반입자라는 개념을 처음 도입했다.파티클의 본성은 그의 이름을 따서 마요라나 파티클이라고 명명되었다.중성미자 이중 베타 붕괴는 ^[5]중성미자의 가능한 마요라나 성질을 찾는 한 가지 방법입니다.

Ettore Majorana는 입자와 반입자가 ^[6]동일하다는 개념을 최초로 도입했습니다.

물리적 관련성

기존 이중 베타 붕괴

중성미자는 전통적으로 약한 ^[5]부식으로 생산된다.약한 베타 붕괴는 보통 하나의 전자(또는 양전자)를 생성하고, 반중성미자(또는 중성미자)를 방출하며, 핵의 양성자 $수$ Z $(\displaystyle$ Z $)$ 를 $Z$ 1개 증가시킨다.핵의 질량(즉, 결합 에너지)은 더 낮아지고 따라서 더 유리하다.낮은 질량의 핵으로 붕괴할 수 있는 많은 원소들이 존재하지만, 그들은 단지 하나의 전자를 방출할 수 없다. 왜냐하면 결과 핵이 운동학적으로 (에너지 측면에서)^[2] 바람직하지 않기 때문이다.이 원자핵들은 두 개의 전자를 방출함으로써(즉, 이중 베타 붕괴를 통해) 붕괴될 수 있다.이중 베타 ^[2]붕괴를 통해서만 붕괴할 수 있는 핵의 확인된 사례는 약 12건이다.해당하는 붕괴 방정식은 다음과 같습니다.

(A,Z)\rightarrow (A,Z+2)+2e^{-}+2{\bar {\nu }}_{e}

(A,Z)\rightarrow (A,Z+2)+2e^{-}+2{\bar {\nu }}_{e}

,

(A,Z)\rightarrow (A,Z+2)+2e^{-}+2{\bar {\nu }}_{e}

)

(A,Z)\rightarrow (A,Z+2)+2e^{-}+2{\bar {\nu }}_{e}

(

(A,Z)\rightarrow (A,Z+2)+2e^{-}+2{\bar {\nu }}_{e}

,

(A,Z)\rightarrow (A,Z+2)+2e^{-}+2{\bar {\nu }}_{e}

+

(A,Z)\rightarrow (A,Z+2)+2e^{-}+2{\bar {\nu }}_{e}

) +

(A,Z)\rightarrow (A,Z+2)+2e^{-}+2{\bar {\nu }}_{e}

2 e

(A,Z)\rightarrow (A,Z+2)+2e^{-}+2{\bar {\nu }}_{e}

- +

(A,Z)\rightarrow (A,Z+2)+2e^{-}+2{\bar {\nu }}_{e}

(A,Z)\rightarrow (A,Z+2)+2e^{-}+2{\bar {\nu }}_{e}

{\

(

A

,

Z

+ 2) \

rightarrow

(

A

,

Z

+ 2) +

2

{ \

bar

{

nu

} } _ {

e }

^[1]。

그것은 ^[2]2차 과정의 약한 과정이다.같은 핵에 있는 두 개의 핵자가 동시에 붕괴하는 일은 극히 드물다.따라서 실험적으로 관찰된 붕괴 과정의 수명은 10 $10^{18}-10^{21}$ - $10^{18}-10^{21}$ 21 $({$ 10 $^{18}$ - $10^{214}$ 년 $10^{18}-10^{21}$ )^[10]이다.이 2-중성미자 이중 베타 ^[3]붕괴를 보여주는 많은 동위원소들이 이미 관찰되었다.

이 전통적인 이중 베타 붕괴는 입자 ^[3]물리학의 표준 모델에서 허용된다.따라서 그것은 이론적인 기초와 실험적인 기초가 있다.

개요

무중성자 이중 베타 붕괴의 파인만 다이어그램.여기서 두 개의 중성자가 두 개의 양성자와 두 개의 전자로 분해되지만, 최종 상태에 있는 중성미자는 없습니다.이 메커니즘이 존재하려면 중성미자가 마요라나 ^[11]입자가 되어야 합니다.

중성미자의 성질이 마조라나일 경우 해당 ^[3]최종 상태에서 나타나지 않고 동일한 과정에서 방출 및 흡수될 수 있다.디락 입자로서는 W 보손의 붕괴로 생성된 중성미자가 방출되어 ^[3]흡수되지 않는다.

중성미자 이중 베타 붕괴는 다음과 같은 경우에만 발생할 수 있습니다.

중성미자 입자는 마요라나이다.^[11]
약한 렙톤 전류의 오른손잡이 성분이 존재하거나 중성미자가 방출과 흡수(두 개의 W 꼭지점 사이) 사이에서 그 핸드네스를 바꿀 수 있으며, 이는 중성미자 질량(적어도 중성미자 ^[1]종 중 하나)에 대해 가능하다.

가장 간단한 붕괴 과정은 빛 중성미자 ^[3]교환으로 알려져 있습니다.이것은 하나의 핵자가 방출하고 다른 핵자가 흡수하는 하나의 중성미자를 특징으로 한다(오른쪽 그림 참조).최종 상태에서 남은 부분은 핵(양자 $번호$ Z $(\displaystyle$ Z $Z$ 과 전자 2개뿐이다.

\ displaystyle ( A , Z ) \ right arrow ( A , Z + 2) + 2e^ { - }

^[1]

두 전자는 거의 동시에 ^[10]방출된다.

두 개의 결과 전자는 최종 상태에 있는 유일한 방출 입자이며, 운동 ^[12]에너지로서 과정 전후의 두 핵의 결합 에너지 합계의 대략적인 차이를 전달해야 합니다.무거운 원자핵은 유의한 운동 에너지를 운반하지 않는다.운동량 보존을 ^[12]위해 전자는 연속해서 방출됩니다.

이 경우 붕괴율은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

\Gamma _{\beta \beta }^{0\nu }={\frac {1}{T_{\beta \beta }^{0\nu }}}=G^{0\nu }\cdot \left|M^{0\nu }\right|^{2}\cdot \langle m_{\beta \beta }\rangle ^{2}

T_{\beta \nu }^{0\nu }}=G^{0\nu }\cdot \left

M

^{0

\nu }\right

^{2

}\

cdot

\cdot

m_{\nu }\rangle

^{

2

$G^{0\nu }$ 서 $G^{0\nu }$ 0 ${\$ {\ $displaystyle$ G $^{0\nu}}$ 은 $G^{0\nu }$ $G^{0\nu }$ 공간 인자를 $\left|M^{0\nu }\right|^{2}$ , M $\left|M^{0\nu }\right|^{2}$ $\left|M^{0\nu }\right|^{2}$ 2(\ $displaystyle \left$ M $^{0\nu}\right$ ^{2 $})$ 는 $\left|M^{0\nu }\right|^{2}$ (파인만 다이어그램에 따라) 이 핵붕괴 과정의 (제곱) 매트릭스 요소이며 $\langle m_{\beta \beta }\rangle ^{2}$ $\langle m_{\beta \beta }\rangle ^{2}$ β $\langle m_{\beta \beta }\rangle ^{2}$ β β $\langle m_{\beta \beta }\rangle ^{2}$ β 2(\ $displaystyle$ 2 \ $langle$ m $\lle$ m_beta \l m_beta) \l m $\beta$ \l m_bet 2 \l m_beta \l마조라나 ^[5]미사를 집전하고 있어요

첫째, 유효한 마요라나 질량은 다음과 같이 얻을 수 있다.

\langle m_{\beta \beta }\rangle =\sum _{i}U_{ei}^{2}m_{i}

U_{ei}^{2}m_{i

$m_{i}$ 서 $({$ })는 $m_{i}$ 메이저라나 중성미자 질량(3개의 중성미자 $\nu _{i}$ (\ $displaystyle\nu_{$ $i$ $\nu _{i}$ 및 $(\$ $displaystyle$ $U_{$ ei})로 $U_{ei}$ 중성미자 $혼합행렬$ U $($ PMNS ^[7]매트릭스 참조).중성미자 이중 베타 붕괴(실험 섹션 참조)를 찾기 위한 현대의 실험은 중성미자의 마요라나 성질의 증명과 이 유효 마요라나 질량의 측정을 모두 목표로 한다 $\langle m_{\beta \beta }\rangle$ $\langle m_{\beta \beta }\rangle$ $\langle m_{\beta \beta }\rangle$ β $†$ {\ $displaystyle \langle m_{\beta$ \ $beta }\rangle$ }( $\langle m_{\beta \beta }\rangle$ 중성미자 질량에 의해 실제로 붕괴가 발생하는 경우에만 수행될 수 있다).s)^[7]

핵 매트릭스 요소(NME) $\left|M^{0\nu }\right|$ $\left|M^{0\nu }\right|$ {\ {\ $displaystyle \left$ M $^{0\nu }\right }$ 은 $\left|M^{0\nu }\right|$ ^[why?]독립적으로 측정할 수 없으며 반드시 계산해야 ^[13]한다.계산 자체는 정교한 핵 다체 이론에 의존하며 이를 위한 다양한 방법이 존재한다. $\left|M^{0\nu }\right|$ M $\left|M^{0\nu }\right|$ {\({ $displaystyle \left$ M $^{0\nu }\right$ })도 $\left|M^{0\nu }\right|$ 핵마다 다르다(즉, 화학 원소마다).오늘날 NME의 계산은 중요한 문제이며 다양한 저자에 의해 다른 방식으로 다루어져 왔다.한 가지 질문은 M $\left|M^{0\nu }\right|$ {\(\ $displaystyle \left$ M $^{0\nu }\right)$ 에 $\left|M^{0\nu }\right|$ $\left|M^{0\nu }\right|$ 얻어진 값의 범위를 이론적 불확실성으로 취급할 것인지 여부와 이를 통계적 ^[7]불확실성으로 이해할 것인지 여부이다.여기서는 다양한 접근방식이 선택되고 있습니다. $\left|M^{0\nu }\right|$ 0 $\left|M^{0\nu }\right|$ {\(\ $displaystyle \left$ M $^{0\nu }\$ right $})$ 에 $\left|M^{0\nu }\right|$ $\left|M^{0\nu }\right|$ 얻어진 값은 대개 2 ~ 약 5의 계수에 따라 달라집니다.대표적인 값은 붕괴 핵/^[7]원소에 따라 약 0.9 ~ 14의 범위에 있다.

마지막으로 $G^{0\nu }$ $G^{0\nu }$ 0 ${\$ {\ $displaystyle$ G $^{0\nu$ }}도 $G^{0\nu }$ ^[7]계산해야 합니다.방출된 총 운동 $Q=M_{\text{nucleus}}^{\text{before}}-M_{\text{nucleus}}^{\text{after}}-2m_{\text{electron}}$ ( $Q=M_{\text{nucleus}}^{\text{before}}-M_{\text{nucleus}}^{\text{after}}-2m_{\text{electron}}$ $= M핵$ 이전 $Q=M_{\text{nucleus}}^{\text{before}}-M_{\text{nucleus}}^{\text{after}}-2m_{\text{electron}}$ $Q=M_{\text{nucleus}}^{\text{before}}-M_{\text{nucleus}}^{\text{after}}-2m_{\text{electron}}$ , $Q=M_{\text{nucleus}}^{\text{before}}-M_{\text{nucleus}}^{\text{after}}-2m_{\text{electron}}$ 전자 $Q=M_{\text{nucleus}}^{\text{before}}-M_{\text{nucleus}}^{\text{after}}-2m_{\text{electron}}$ - $Q=M_{\text{nucleus}}^{\text{before}}-M_{\text{nucleus}}^{\text{after}}-2m_{\text{electron}}$ $Q=M_{\text{nucleus}}^{\text{before}}-M_{\text{nucleus}}^{\text{after}}-2m_{\text{electron}}$ , {{\ $text{nucleus}^{\text{nucleus}}^{\text{nucleus$ 즉 " $" 값$ 에 $따라$ $Q$ $달라진다$ .c 파동 함수, 유한한 핵 크기 및 전자 선별.^[7] $G^{0\nu }$ 한 핵에 $G^{0\nu }$ 약 0.23 ( $\mathrm {^{128}_{52}Te\rightarrow _{54}^{128}Xe}$ $\mathrm {^{128}_{52}Te\rightarrow _{54}^{128}Xe}$ $\mathrm {^{128}_{52}Te\rightarrow _{54}^{128}Xe}$ $\mathrm {^{76}_{32}Ge\rightarrow _{34}^{76}Se}$ $\mathrm {^{128}_{52}Te\rightarrow _{54}^{128}Xe}$ $\mathrm {^{128}_{52}Te\rightarrow _{54}^{128}Xe}$ $\mathrm {^{128}_{52}Te\rightarrow _{54}^{128}Xe}$ {\ $displaystyle \mathrm$ {{ $128}_$ Te $\rightarrow$ _ ${54)^128}Xe}}$ 및 090 ( $\mathrm {^{76}_{32}Ge\rightarrow _{34}^{76}Se}$ $\mathrm {^{76}_{32}Ge\rightarrow _{34}^{76}Se}$ $)$ 에서 $G^{0\nu }$ 수준의 결과가 존재한다. ${34}^{76)Se$ 에서 약 24.14( $\mathrm {^{150}_{60}Nd\rightarrow _{62}^{150}Sm}$ $\mathrm {^{150}_{60}Nd\rightarrow _{62}^{150}Sm}$ $\mathrm {^{150}_{60}Nd\rightarrow _{62}^{150}Sm}$ $\mathrm {^{150}_{60}Nd\rightarrow _{62}^{150}Sm}$ $\mathrm {^{150}_{60}Nd\rightarrow _{62}^{150}Sm}$ S $\mathrm {^{150}_{60}Nd\rightarrow _{62}^{150}Sm}$ m ({ $displaystyle \mathrm$ {{ $150}_{60})Nd\rightarrow$ _ ${62)^{150}Sm} }$ ^[7] } ）。

특정 조건(중성미자 질량과 혼합에 대한 실험적인 지식에 기초한 예측과 일치하는 감소율)에서 중성미자 이중 베타 붕괴가 발견되면, 이것은 실제로 마요라나 중성미자를 주요 매개자로 "가능"할 것으로 믿어진다(^[7]다른 새로운 물리학의 원천은 아니다.중성미자 이중 베타 붕괴를 겪을 수 있는 핵은 35개이다(앞서 언급한 붕괴 ^[3]조건에 따라).

실험과 결과

핵의 9 다른 후보자 실험에서neutrinoless 이중 beta-decay:48C를 확인하기 위해 고려되고 있는, 76Ge, 82Se96Zr, 100M시에 116Cd, 130Te, 136Xe150Nd{\displaystyle \mathrm{^{48}Ca,^{76}Ge,^{82}Se,^{96}Zr,^{100}Mo,^{116}Cd,^{130}Te,^{136}Xe,^{150}Nd}}.[3]그들은 모두 실험에 사용하는 것에 대해 찬반 양론이 있다.포함시키고 개정해야 할 요소로는 자연적 풍부성, 합리적인 가격의 농축, 잘 이해되고 통제된 실험 기법 ^[3]등이 있다.원칙적으로 Q $(displaystyle$ Q $)$ $Q$ 이 $Q$ 높을수록 검출 가능성이 높아집니다. $G^{0\nu }$ $G^{0\nu }$ 0 ${\$ { \ $displaystyle$ G^ { $0$ \ $nu }$ } , $G^{0\nu }$ 、 the $Q^{5}$ rate,,,,,,,5 { $displaystyle$ Q^ { $5$ ^[3]} $Q^{5}$ q with with with with with with with with with with with with with with with with with with with with with with with

실험적으로 관심이 있고 따라서 측정된 것은 방출된 두 전자의 운동 에너지의 합계이다.중성미자 이중 베타 ^[3]방출에 대한 각 핵의 Q $(표시 스타일$ Q $)$ $Q$ 과 $Q$ 같아야 한다.

이 표는 0µββ의 수명에 대한 현재 최선의 한계의 요약을 보여준다.이를 통해 중성미자 이중 베타 붕괴가 발생하더라도 극히 드문 과정임을 추론할 수 있다.

실험 한계(최소 90% C).

동위원소	실험.	$T_{\beta \beta }^{0\nu }$ 타임 $T_{\beta \beta }^{0\nu }$ $T_{\beta \beta }^{0\nu }$ 0 $†$ ({ $displaystyle$ T_ ${\beta$ \ $beta }^{0$ \nu $T_{\beta \beta }^{0\nu }$ }) $T_{\beta \beta }^{0\nu }$ [년]
${{48}Ca}\displaystyle\mathrm}$	우아-VI	$\displaystyle > 1.4\cdot 10^{22}$
$\displaystyle \mathrm {{76)Ge}$	하이델베르크모스크바^[14]	$\displaystyle > 1.9\cdot 10^{25}$ ^[14]
$\displaystyle \mathrm {{76)Ge}$	GERDA	$\displaystyle > 1.8\cdot 10^{26}$ ^[15]
$\displaystyle \mathrm {{82)Se}$	NEMO-3	$\displaystyle > 1.0\cdot 10^{23}$
${{96}Zr}\displaystyle \mathrm {{96}Zr}$	NEMO-3	$(\displaystyle >9.2\cdot 10^{21}$
${{100}Mo}\displaystyle\mathrm {{100}Mo}}$	NEMO-3	$\displaystyle > 2.1\cdot 10^{25}$
$\displaystyle \mathrm {{116}Cd}$	솔로비나	$\displaystyle > 1.7\cdot 10^{23}$
${{130}Te}\displaystyle \mathrm {{130}}$	큐어	$\displaystyle > 2 。2\cdot 10^{25}$
$\displaystyle \mathrm {{136}Xe}$	엑소	$\displaystyle > 1.1\cdot 10^{25}$
$\displaystyle \mathrm {{136}Xe}$	캄랜드젠	$\displaystyle > 2.6\cdot 10^{25}$ ^[16]
$\displaystyle \mathrm {{150}Nd} }$	NEMO-3	$\displaystyle > 2.1\cdot 10^{25}$

하이델베르크-모스크바 공동 작업

독일 막스플랑크연구소(Max-Planck-Institut für Kernphysik)와 모스크바에 있는 러시아 과학센터 쿠르차토프연구소의 이른바 하이델베르크-모스크바 협업(^[17]^[18]HDM; 1990-2003)은 중성미자 이중 베타 붕괴에 대한 증거를 발견했다고 주장한 것으로 유명하다.처음에 2001년에 공동작업은 2.2인치 또는 3.1인치(^[17]사용된 계산 방법에 따라 다름)의 증거를 발표했다.붕괴율은 약 $2\cdot 10^{25}$ 25일 $($ 이하 $displaystyle$ 2 $\cdot$ 10 $^{25}$ 년 $2\cdot 10^{25}$ .^[3]이 결과는 많은 과학자들과 ^[3]작가들 사이에서 토론의 주제가 되어왔다.지금까지 HDM ^[7]그룹의 결과를 확인하거나 승인한 실험은 없었다.대신 수명 제한에 대한 GERDA 실험의 최근 결과는 HDM ^[7]협업의 값을 분명히 선호하지 않고 거부한다.

중성미자 이중 베타 붕괴는 아직 ^[4]발견되지 않았다.

게르마늄 검출기 어레이(GERDA) 실험

검출기 단계 I의 GERDA 협업 결과는 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.1\cdot 10^{25}$ $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.1\cdot 10^{25}$ 0 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.1\cdot 10^{25}$ > 2.1 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.1\cdot 10^{25}$ 10 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.1\cdot 10^{25}$ 25의 $한계였다.$ {\ $displaystyle T_{\$ beta \beta }^{0\ $nu$ } > $2.$ $1\cdot$ 10 $^{25}$ 년 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.1\cdot 10^{25}$ (C.L.^[16] 90%)그것은 게르마늄을 선원과 검출 ^[16]물질로 사용했다.액체 아르곤은 뮤온 거부권과 백그라운드 방사선 ^[16]차폐에 사용되었다.0µβ 붕괴에 대한 게르마늄의 Q $(\displaystyle$ Q $)$ - $Q$ 은 $Q$ 2039 keV이지만, 이 영역에서 초과현상은 ^[19]발견되지 않았다.실험 단계 II는 2015년에 데이터 수집을 시작했으며, ^[19]검출기에 약 36kg의 게르마늄을 사용했다.2020년 7월까지 분석된 피폭량은 10.8kg yr이었다.다시 신호가 발견되지 않았기 때문에 새로운 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>5.3\cdot 10^{25}$ 는 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>5.3\cdot 10^{25}$ $T_{\beta \beta }^{0\nu }>5.3\cdot 10^{25}$ 0 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>5.3\cdot 10^{25}$ > $T_{\beta \beta }^{0\nu }>5.3\cdot 10^{25}$ $T_{\beta \beta }^{0\nu }>5.3\cdot 10^{25}$ 25 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>5.3\cdot 10^{25}$ {{\ $displaystyle T_{\beta$ \ $beta$ }^{ $0\nu$ } $>$ 로 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>5.3\cdot 10^{25}$ 되었습니다. $3\cdot$ 10 $^{25}$ 년 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>5.3\cdot 10^{25}$ (C.L.^[20] 90%)검출기는 작동을 멈추고 2020년 12월에 최종 결과를 발표했다.중성미자 이중 베타 붕괴는 ^[15]관찰되지 않았다.

EXO(농축 제논 천문대) 실험

농축 제논 천문대-200 실험은 제논을 소스와 ^[16]검출기로 모두 사용합니다.이 실험은 뉴멕시코(미국)에 위치해 있으며 전자 궤적 ^[16]퇴적물의 3차원 공간 및 시간 분해능을 위해 TPC(Time-Projection Chamber)를 사용한다.EXO-200 실험은 수명 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>1.1\cdot 10^{25}$ $T_{\beta \beta }^{0\nu }>1.1\cdot 10^{25}$ 0 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>1.1\cdot 10^{25}$ 1.1 ${\$ $T_{\beta \beta }^{0\nu }>1.1\cdot 10^{25}$ 25 {\ $display$ T_ ${\beta$ \beta } {0\nu } > $T_{\beta \beta }^{0\nu }>1.1\cdot 10^{25}$ 1 $.$ 1 $\cdot 10^{$ 25 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>1.1\cdot 10^{25}$ } $T_{\beta \beta }^{0\nu }>1.1\cdot 10^{25}$ (90% C.L)의 GERDA I 및 II보다 덜 민감한 결과를 얻었다.^[16]

현재 데이터 수집 실험 중

CUORE(희귀현상을 위한 극저온 지하 관측소) 실험:
- CUORE 실험은 방출된 베타 입자를 검출하기 위한 열량계 및 붕괴원으로 사용되는 988개의 초저온₂ TeO 결정(총 질량 130 $(\$ {{ $130}Te}$ } $\mathrm {^{130}Te}$ 으로 구성됩니다.CUORE는 지하에 위치한 Laboratori Nazionali del Gran Sasso에 있으며,^[21] 2017년에 첫 물리 데이터 실행을 시작했습니다.CUORE 2020년 결과에neutrinolessdouble-beta 충치 검사 130Te{\displaystyle \mathrm{^{130}Te에 검색에서}}372.5 kg⋅yr의 전체적인 노출과, 0νββ 충치 검사와 Tβ의 90%CI베이스의 하한 β 0ν 을 설정한 증거가 없는;33.2⋅ 1025{\displaystyle T_{\beta \beta}^{0\nu}&gt을 발간했다.. $2\cdot$ 10 $^{25}$ 년 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>3.2\cdot 10^{25}$ ^[22] 그리고 2022년 4월에 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.2\cdot 10^{25}$ 0 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.2\cdot 10^{25}$ > 2. $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.2\cdot 10^{25}$ $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.2\cdot 10^{25}$ 25 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.2\cdot 10^{25}$ {\ $displaystyle T_{\beta$ \ $beta$ }^{ $0\nu$ } > $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.2\cdot 10^{25}$ 에 대한 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.2\cdot 10^{25}$ 한계가 설정되었다. $같은$ 신뢰수준에서 ^[23]^[24] $2년 10^{25}$ 년 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.2\cdot 10^{25}$ .이 실험은 꾸준히 데이터를 얻고 있으며, 2024년까지 물리학 프로그램을 마무리할 것으로 예상된다.
KamLAND-Zen(카미오카 액체 섬광기 안티뉴트리노 검출기-Zen) 실험:
- KamLAND-Zen 실험은 직경 ^[16]13m의 액체 섬광기 외부 풍선으로 둘러싸인 나일론 풍선에 포함된 13톤의 제논(약 $\mathrm {^{136}Xe}$ 의 $(\$ {{ $136}Xe})$ 을 소스로 사용하기 시작했습니다.2011년부터 KamLAND-Zen Phase I이 데이터 수집을 시작하였고, 결국 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>1.9\cdot 10^{25}$ $T_{\beta \beta }^{0\nu }>1.9\cdot 10^{25}$ 0 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>1.9\cdot 10^{25}$ 0 > $T_{\beta \beta }^{0\nu }>1.9\cdot 10^{25}$ $T_{\beta \beta }^{0\nu }>1.9\cdot 10^{25}$ 25 ${\$ { $displaystyle T_{\beta$ \ $beta }$ { $0\$ nu } > 1. $9\cdot$ 10 $^{25}$ 년 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>1.9\cdot 10^{25}$ (90%)의 중성미자 이중 베타 붕괴에 대한 한계를 설정하였다.^[16]이 한계는 단계 II 데이터(2013년 12월부터 데이터 수집 시작)와 결합하여 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.6\cdot 10^{25}$ $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.6\cdot 10^{25}$ 0 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.6\cdot 10^{25}$ > $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.6\cdot 10^{25}$ 10 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.6\cdot 10^{25}$ {{\ $displaystyle T_{\beta$ \ $beta$ }^{ $0\nu$ } > $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.6\cdot 10^{25}$ 로 개선될 수 있다. $6\cdot$ 10 $^{25}$ 년 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>2.6\cdot 10^{25}$ (C.L.^[16] 90%)단계 2내용은 협력 특히 110m의 퇴락한 g{\displaystyle \mathrm{^{110m}Ag}을 줄이기 위해}, 이자의 지역의 136개 Xe{\displaystyle \mathrm{^{136}Xe의 0νββ 붕괴}의 측정을 방해했다}일 경우 8월 2018년에서 .[16], KamLAND-Zen 800800kg을 포함하는 완성되었다 성공했다. $\mathrm {^{136}Xe}$ $\mathrm {^{136}Xe}$ - $displaystyle \mathrm$ { {{ $136}$ Xe $\mathrm {^{136}Xe}$ ^[25]}. 중성미자 이중 ^[25]^[26]베타 붕괴를 찾는 세계에서 가장 크고 민감한 실험으로 보고되었습니다.

제안/향후 실험

nEXO 실험:
- EXO-200의 후계자로서 nEXO는 톤 규모의 실험으로 차세대 0µβ ^[27]실험의 일부가 될 예정입니다.검출기 재료의 무게는 약 5t로 Q $(\displaystyle$ Q $)$ ^[27] $Q$ 에서 $Q$ 1%의 에너지 분해능을 제공할 예정이다.이 실험은 10년간의 데이터 ^[27]수집 후 약 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>9.5\cdot 10^{27}$ $T_{\beta \beta }^{0\nu }>9.5\cdot 10^{27}$ $T_{\beta \beta }^{0\nu }>9.5\cdot 10^{27}$ $T_{\beta \beta }^{0\nu }>9.5\cdot 10^{27}$ > 9.5 ${\$ $T_{\beta \beta }^{0\nu }>9.5\cdot 10^{27}$ $T_{\beta \beta }^{0\nu }>9.5\cdot 10^{27}$ {{ $디스플레이$ 스타일 $T_{\beta$ \beta $}^{0\nu }>$ 9 $.$ 5 $\cdot 10^{$ 27 $T_{\beta \beta }^{0\nu }>9.5\cdot 10^{27}$ }년의 평생 민감도를 제공할 계획이다.

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레퍼런스

^ ^a ^b ^c ^d ^e Grotz, K.; Klapdor, H. V. (1990). The weak interaction in nuclear, particle, and astrophysics. Hilger. ISBN 978-0-85274-313-3.
^ ^a ^b ^c ^d ^e Oberauer, Lothar; Ianni, Aldo; Serenelli, Aldo (2020). Solar neutrino physics : the interplay between particle physics and astronomy. Wiley-VCH. pp. 120–127. ISBN 978-3-527-41274-7.
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ ^j ^k ^l ^m Rodejohann, Werner (2 May 2012). "Neutrino-less double beta decay and particle physics". International Journal of Modern Physics E. 20 (9): 1833–1930. arXiv:1106.1334. doi:10.1142/S0218301311020186. S2CID 119102859.
^ ^a ^b Deppisch, Frank F. (2019). A modern introduction to neutrino physics. Morgan & Claypool Publishers. ISBN 978-1-64327-679-3.
^ ^a ^b ^c ^d Patrignani et al. (Particle Data Group), C. (October 2016). "Review of Particle Physics". Chinese Physics C. 40 (10): 647. Bibcode:2016ChPhC..40j0001P. doi:10.1088/1674-1137/40/10/100001.
^ ^a ^b ^c Majorana, Ettore (1937). "Teoria simmetrica dell'elettrone e del positrone". Il Nuovo Cimento. 14 (4): 171–184. Bibcode:1937NCim...14..171M. doi:10.1007/BF02961314. S2CID 18973190.
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ ^j ^k ^l Bilenky, S. M.; Giunti, C. (11 February 2015). "Neutrinoless double-beta decay: A probe of physics beyond the Standard Model". International Journal of Modern Physics A. 30 (4n05): 1530001. arXiv:1411.4791. Bibcode:2015IJMPA..3030001B. doi:10.1142/S0217751X1530001X. S2CID 53459820.
^ ^a ^b Furry, W. H. (15 December 1939). "On Transition Probabilities in Double Beta-Disintegration". Physical Review. 56 (12): 1184–1193. Bibcode:1939PhRv...56.1184F. doi:10.1103/PhysRev.56.1184.
^ Cremonesi, Oliviero (April 2003). "Neutrinoless double beta decay: Present and future". Nuclear Physics B - Proceedings Supplements. 118: 287–296. arXiv:hep-ex/0210007. Bibcode:2003NuPhS.118..287C. doi:10.1016/S0920-5632(03)01331-8. S2CID 7298714.
^ ^a ^b Artusa, D. R.; Avignone, F. T.; Azzolini, O.; Balata, M.; Banks, T. I.; Bari, G.; Beeman, J.; Bellini, F.; Bersani, A.; Biassoni, M. (15 October 2014). "Exploring the neutrinoless double beta decay in the inverted neutrino hierarchy with bolometric detectors". The European Physical Journal C. 74 (10). arXiv:1404.4469. doi:10.1140/epjc/s10052-014-3096-8.
^ ^a ^b Schechter, J.; Valle, J. W. F. (1 June 1982). "Neutrinoless double-beta decay in SU(2)×U(1) theories". Physical Review D. 25 (11): 2951–2954. Bibcode:1982PhRvD..25.2951S. doi:10.1103/PhysRevD.25.2951. hdl:10550/47205.
^ ^a ^b Grotz & Klapdor 1990, 86페이지
^ Bilenky, S.M; Grifols, J.A (December 2002). "The possible test of the calculations of nuclear matrix elements of the (ββ)0ν-decay". Physics Letters B. 550 (3–4): 154–159. arXiv:hep-ph/0211101. Bibcode:2002PhLB..550..154B. doi:10.1016/S0370-2693(02)02978-7.
^ ^a ^b "The Heidelberg-Moscow Experiment with enriched 76Ge". Prof.Dr.H.V.Klapdor-Kleingrothaus. Retrieved 16 July 2020.
^ ^a ^b GERDA Collaboration; Agostini, M.; Araujo, G. R.; Bakalyarov, A. M.; Balata, M.; Barabanov, I.; Baudis, L.; Bauer, C.; Bellotti, E. (2020-12-17), "Final Results of GERDA on the Search for Neutrinoless Double-$\ensuremath{\beta}$ Decay", Physical Review Letters, vol. 125, no. 25, p. 252502, doi:10.1103/PhysRevLett.125.252502, retrieved 2021-11-19
^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ ^j ^k Tornow, Werner (1 December 2014). "Search for Neutrinoless Double-Beta Decay". arXiv:1412.0734 [nucl-ex].
^ ^a ^b Klapdor-Kleingrothaus, H. V.; Dietz, A.; Harney, H. L.; Krivosheina, I. V. (21 November 2011). "Evidence for neutrinoless double beta decay". Modern Physics Letters A. 16 (37): 2409–2420. arXiv:hep-ph/0201231. doi:10.1142/S0217732301005825. S2CID 18771906.
^ Klapdor-Kleingrothaus H.V.; et al. (2004). "Search for neutrinoless double beta decay with enriched ⁷⁶Ge in Gran Sasso 1990-2003". Physics Letters B. 586 (3–4): 198–212. arXiv:hep-ph/0404088. Bibcode:2004PhLB..586..198K. doi:10.1016/j.physletb.2004.02.025.
^ ^a ^b Agostini, M.; Allardt, M.; Andreotti, E.; Bakalyarov, A. M.; Balata, M.; Barabanov, I.; Barnabé Heider, M.; Barros, N.; Baudis, L.; Bauer, C. (19 September 2013). "Results on Neutrinoless Double-Beta Decay of ⁷⁶Ge from Phase I of the GERDA Experiment". Physical Review Letters. 111 (12): 122503. arXiv:1307.4720. doi:10.1103/PhysRevLett.111.122503. PMID 24093254.
^ Agostini, M; Allardt, M; Bakalyarov, A M; Balata, M; Barabanov, I; Baudis, L; Bauer, C; Bellotti, E; Belogurov, S; Belyaev, S T; Benato, G (September 2017). "First results from GERDA Phase II". Journal of Physics: Conference Series. 888 (1): 012030. Bibcode:2017JPhCS.888a2030A. doi:10.1088/1742-6596/888/1/012030.
^ Nutini, I. (24 February 2020). "The CUORE Detector and Results". Low Temp Phys. 199: 519. doi:10.1007/s10909-020-02402-9.
^ Adams, D.Q. (26 March 2020). "Improved Limit on Neutrinoless Double-Beta Decay in 130Te with CUORE". Physical Review Letters. 124 (12): 122501. arXiv:1912.10966. doi:10.1103/PhysRevLett.124.122501.
^ Adams, D. Q.; Alduino, C.; Alfonso, K.; Avignone, F. T.; Azzolini, O.; Bari, G.; Bellini, F.; Benato, G.; Beretta, M.; Biassoni, M.; Branca, A. (April 2022). "Search for Majorana neutrinos exploiting millikelvin cryogenics with CUORE". Nature. 604 (7904): 53–58. doi:10.1038/s41586-022-04497-4. ISSN 1476-4687. PMID 35388194.
^ Becker, Adam (2022-04-06). "CUORE team places new limits on the bizarre behavior of neutrinos". News Center. Retrieved 2022-04-08.
^ ^a ^b "KamLAND-ZEN". Kavli IPMU-カブリ数物連携宇宙研究機構. 16 May 2014. Retrieved 17 July 2020.
^ "Investigating the Neutrino Mass Scale with the ultra-low background KamLAND-Zen detector". phys.org. Retrieved 17 July 2020.
^ ^a ^b ^c C. Licciardi* on behalf of the EXO-200 and nEXO collaborations (2017). "Recent Results and Status of EXO-200 and the nEXO Experiment". 38th International Conference on High Energy Physics (ICHEP2016) - Neutrino Physics. 282: 494. doi:10.22323/1.282.0494.

[GrotzKlapdor1990-1] Grotz, K.; Klapdor, H. V. (1990). The weak interaction in nuclear, particle, and astrophysics. Hilger. ISBN 978-0-85274-313-3.

[Oberauer2020-2] Oberauer, Lothar; Ianni, Aldo; Serenelli, Aldo (2020). Solar neutrino physics : the interplay between particle physics and astronomy. Wiley-VCH. pp. 120–127. ISBN 978-3-527-41274-7.

[Rodejohann2012-3] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ ^j ^k ^l ^m Rodejohann, Werner (2 May 2012). "Neutrino-less double beta decay and particle physics". International Journal of Modern Physics E. 20 (9): 1833–1930. arXiv:1106.1334. doi:10.1142/S0218301311020186. S2CID 119102859.

[Deppisch2019-4] Deppisch, Frank F. (2019). A modern introduction to neutrino physics. Morgan & Claypool Publishers. ISBN 978-1-64327-679-3.

[PDGbook-5] Patrignani et al. (Particle Data Group), C. (October 2016). "Review of Particle Physics". Chinese Physics C. 40 (10): 647. Bibcode:2016ChPhC..40j0001P. doi:10.1088/1674-1137/40/10/100001.

[Majorana1937-6] Majorana, Ettore (1937). "Teoria simmetrica dell'elettrone e del positrone". Il Nuovo Cimento. 14 (4): 171–184. Bibcode:1937NCim...14..171M. doi:10.1007/BF02961314. S2CID 18973190.

[Bilenky2015-7] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ ^j ^k ^l Bilenky, S. M.; Giunti, C. (11 February 2015). "Neutrinoless double-beta decay: A probe of physics beyond the Standard Model". International Journal of Modern Physics A. 30 (4n05): 1530001. arXiv:1411.4791. Bibcode:2015IJMPA..3030001B. doi:10.1142/S0217751X1530001X. S2CID 53459820.

[Furry1939-8] Furry, W. H. (15 December 1939). "On Transition Probabilities in Double Beta-Disintegration". Physical Review. 56 (12): 1184–1193. Bibcode:1939PhRv...56.1184F. doi:10.1103/PhysRev.56.1184.

[9] Cremonesi, Oliviero (April 2003). "Neutrinoless double beta decay: Present and future". Nuclear Physics B - Proceedings Supplements. 118: 287–296. arXiv:hep-ex/0210007. Bibcode:2003NuPhS.118..287C. doi:10.1016/S0920-5632(03)01331-8. S2CID 7298714.

[Artusa2014-10] Artusa, D. R.; Avignone, F. T.; Azzolini, O.; Balata, M.; Banks, T. I.; Bari, G.; Beeman, J.; Bellini, F.; Bersani, A.; Biassoni, M. (15 October 2014). "Exploring the neutrinoless double beta decay in the inverted neutrino hierarchy with bolometric detectors". The European Physical Journal C. 74 (10). arXiv:1404.4469. doi:10.1140/epjc/s10052-014-3096-8.

[SchechterValle1982-11] Schechter, J.; Valle, J. W. F. (1 June 1982). "Neutrinoless double-beta decay in SU(2)×U(1) theories". Physical Review D. 25 (11): 2951–2954. Bibcode:1982PhRvD..25.2951S. doi:10.1103/PhysRevD.25.2951. hdl:10550/47205.

[FOOTNOTEGrotzKlapdor199086-12] Grotz & Klapdor 1990, 86페이지

[Bilenky2002-13] Bilenky, S.M; Grifols, J.A (December 2002). "The possible test of the calculations of nuclear matrix elements of the (ββ)0ν-decay". Physics Letters B. 550 (3–4): 154–159. arXiv:hep-ph/0211101. Bibcode:2002PhLB..550..154B. doi:10.1016/S0370-2693(02)02978-7.

[HDM-14] "The Heidelberg-Moscow Experiment with enriched 76Ge". Prof.Dr.H.V.Klapdor-Kleingrothaus. Retrieved 16 July 2020.

[gerdafinal-15] GERDA Collaboration; Agostini, M.; Araujo, G. R.; Bakalyarov, A. M.; Balata, M.; Barabanov, I.; Baudis, L.; Bauer, C.; Bellotti, E. (2020-12-17), "Final Results of GERDA on the Search for Neutrinoless Double-$\ensuremath{\beta}$ Decay", Physical Review Letters, vol. 125, no. 25, p. 252502, doi:10.1103/PhysRevLett.125.252502, retrieved 2021-11-19

[Tornow2014-16] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ ^j ^k Tornow, Werner (1 December 2014). "Search for Neutrinoless Double-Beta Decay". arXiv:1412.0734 [nucl-ex].

[KlapdorHDM-17] Klapdor-Kleingrothaus, H. V.; Dietz, A.; Harney, H. L.; Krivosheina, I. V. (21 November 2011). "Evidence for neutrinoless double beta decay". Modern Physics Letters A. 16 (37): 2409–2420. arXiv:hep-ph/0201231. doi:10.1142/S0217732301005825. S2CID 18771906.

[18] Klapdor-Kleingrothaus H.V.; et al. (2004). "Search for neutrinoless double beta decay with enriched ⁷⁶Ge in Gran Sasso 1990-2003". Physics Letters B. 586 (3–4): 198–212. arXiv:hep-ph/0404088. Bibcode:2004PhLB..586..198K. doi:10.1016/j.physletb.2004.02.025.

[GerdaPhaseI-19] Agostini, M.; Allardt, M.; Andreotti, E.; Bakalyarov, A. M.; Balata, M.; Barabanov, I.; Barnabé Heider, M.; Barros, N.; Baudis, L.; Bauer, C. (19 September 2013). "Results on Neutrinoless Double-Beta Decay of ⁷⁶Ge from Phase I of the GERDA Experiment". Physical Review Letters. 111 (12): 122503. arXiv:1307.4720. doi:10.1103/PhysRevLett.111.122503. PMID 24093254.

[GerdaPhaseII-20] Agostini, M; Allardt, M; Bakalyarov, A M; Balata, M; Barabanov, I; Baudis, L; Bauer, C; Bellotti, E; Belogurov, S; Belyaev, S T; Benato, G (September 2017). "First results from GERDA Phase II". Journal of Physics: Conference Series. 888 (1): 012030. Bibcode:2017JPhCS.888a2030A. doi:10.1088/1742-6596/888/1/012030.

[CUOREDetector-21] Nutini, I. (24 February 2020). "The CUORE Detector and Results". Low Temp Phys. 199: 519. doi:10.1007/s10909-020-02402-9.

[CUOREResults2020-22] Adams, D.Q. (26 March 2020). "Improved Limit on Neutrinoless Double-Beta Decay in 130Te with CUORE". Physical Review Letters. 124 (12): 122501. arXiv:1912.10966. doi:10.1103/PhysRevLett.124.122501.

[23] Adams, D. Q.; Alduino, C.; Alfonso, K.; Avignone, F. T.; Azzolini, O.; Bari, G.; Bellini, F.; Benato, G.; Beretta, M.; Biassoni, M.; Branca, A. (April 2022). "Search for Majorana neutrinos exploiting millikelvin cryogenics with CUORE". Nature. 604 (7904): 53–58. doi:10.1038/s41586-022-04497-4. ISSN 1476-4687. PMID 35388194.

[24] Becker, Adam (2022-04-06). "CUORE team places new limits on the bizarre behavior of neutrinos". News Center. Retrieved 2022-04-08.

[KamLAND-Zen-25] "KamLAND-ZEN". Kavli IPMU-カブリ数物連携宇宙研究機構. 16 May 2014. Retrieved 17 July 2020.

[26] "Investigating the Neutrino Mass Scale with the ultra-low background KamLAND-Zen detector". phys.org. Retrieved 17 July 2020.

[nEXO-27] C. Licciardi* on behalf of the EXO-200 and nEXO collaborations (2017). "Recent Results and Status of EXO-200 and the nEXO Experiment". 38th International Conference on High Energy Physics (ICHEP2016) - Neutrino Physics. 282: 494. doi:10.22323/1.282.0494.

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[2]

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이론적 논의의 역사적 발전

물리적 관련성

기존 이중 베타 붕괴

개요

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게르마늄 검출기 어레이(GERDA) 실험

EXO(농축 제논 천문대) 실험

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