Search for double-beta decay of $\mathrm {^{130}Te}$ to the $0^+$ states of $\mathrm {^{130}Xe}$ with CUORE - CNRS - Centre national de la recherche scientifique Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue European Physical Journal C: Particles and Fields Année : 2021

Search for double-beta decay of $\mathrm {^{130}Te}$ to the $0^+$ states of $\mathrm {^{130}Xe}$ with CUORE

D.Q. Adams , C. Alduino , K. Alfonso , F.T. Avignone , O. Azzolini , G. Bari , F. Bellini , G. Benato , M. Biassoni , A. Branca , C. Brofferio , C. Bucci , J. Camilleri , A. Caminata , A. Campani , L. Canonica , X.G. Cao , S. Capelli , L. Cappelli , L. Cardani , P. Carniti , N. Casali , E. Celi , D. Chiesa , M. Clemenza , S. Copello , C. Cosmelli , O. Cremonesi , R.J. Creswick , A. d'Addabbo , I. Dafinei , C.J. Davis , S. Dell'Oro , S. Di Domizio , V. Dompè , D.Q. Fang , G. Fantini , M. Faverzani , E. Ferri , F. Ferroni , E. Fiorini , M.A. Franceschi , S.J. Freedman , S.H. Fu , B.K. Fujikawa , A. Giachero , L. Gironi , A. Giuliani (1) , P. Gorla , C. Gotti , T.D. Gutierrez , K. Han , K.M. Heeger , R.G. Huang , H.Z. Huang , J. Johnston , G. Keppel , Yu.G. Kolomensky , C. Ligi , L. Ma , Y.G. Ma , L. Marini , R.H. Maruyama , D. Mayer , Y. Mei , N. Moggi , S. Morganti , T. Napolitano , M. Nastasi , J. Nikkel , C. Nones (2) , E.B. Norman , A. Nucciotti , I. Nutini , T. O'Donnell , J.L. Ouellet , S. Pagan , C.E. Pagliarone , L. Pagnanini , M. Pallavicini , L. Pattavina , M. Pavan , G. Pessina , V. Pettinacci , C. Pira , S. Pirro , S. Pozzi , E. Previtali , A. Puiu , C. Rosenfeld , C. Rusconi , M. Sakai , S. Sangiorgio , B. Schmidt , N.D. Scielzo , V. Sharma , V. Singh , M. Sisti , D. Speller , P.T. Surukuchi , L. Taffarello , F. Terranova , C. Tomei , K.J. Vetter , M. Vignati , S.L. Wagaarachchi , B.S. Wang , B. Welliver , J. Wilson , K. Wilson , L.A. Winslow , S. Zimmermann , S. Zucchelli
D.Q. Adams
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C. Alduino
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Résumé

The CUORE experiment is a large bolometric array searching for the lepton number violating neutrino-less double beta decay ($0\nu \beta \beta $) in the isotope $\mathrm {^{130}Te}$. In this work we present the latest results on two searches for the double beta decay (DBD) of $\mathrm {^{130}Te}$ to the first $0^{+}_2$ excited state of $\mathrm {^{130}Xe}$: the $0\nu \beta \beta $ decay and the Standard Model-allowed two-neutrinos double beta decay ($2\nu \beta \beta $). Both searches are based on a 372.5 kg$\times $yr TeO$_2$ exposure. The de-excitation gamma rays emitted by the excited Xe nucleus in the final state yield a unique signature, which can be searched for with low background by studying coincident events in two or more bolometers. The closely packed arrangement of the CUORE crystals constitutes a significant advantage in this regard. The median limit setting sensitivities at 90% Credible Interval (C.I.) of the given searches were estimated as $\mathrm {S^{0\nu }_{1/2} = 5.6 \times 10^{24} \, \mathrm {yr}}$ for the ${0\nu \beta \beta }$ decay and $\mathrm {S^{2\nu }_{1/2} = 2.1 \times 10^{24} \, \mathrm {yr}}$ for the ${2\nu \beta \beta }$ decay. No significant evidence for either of the decay modes was observed and a Bayesian lower bound at $90\%$ C.I. on the decay half lives is obtained as: $\mathrm {(T_{1/2})^{0\nu }_{0^+_2} > 5.9 \times 10^{24} \, \mathrm {yr}}$ for the $0\nu \beta \beta $ mode and $\mathrm {(T_{1/2})^{2\nu }_{0^+_2} > 1.3 \times 10^{24} \, \mathrm {yr}}$ for the $2\nu \beta \beta $ mode. These represent the most stringent limits on the DBD of $^{130}$Te to excited states and improve by a factor $\sim 5$ the previous results on this process.

Dates et versions

hal-03143565 , version 1 (16-02-2021)

Identifiants

Citer

D.Q. Adams, C. Alduino, K. Alfonso, F.T. Avignone, O. Azzolini, et al.. Search for double-beta decay of $\mathrm {^{130}Te}$ to the $0^+$ states of $\mathrm {^{130}Xe}$ with CUORE. European Physical Journal C: Particles and Fields, 2021, 81 (7), pp.567. ⟨10.1140/epjc/s10052-021-09317-z⟩. ⟨hal-03143565⟩
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