Published January 17, 2022 | Version v1
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GERDA. GERmanium Detector Array GERDA for the detection of neutrinoless double beta decay in 76Ge. Subproject 2. Final report

Description

GERDA is the first experiment in the world to achieve a sensitivity for the half-life of neutrinoless double beta decay of >1026 years. The original objective of the experiment was significantly exceeded and a background index (pre-unblinding) of 1.2+1.80.8 x 104 cts/(keV kg yr) was achieved. Averaged over Phase II, a background index of 3.6+1.61.2 x 104 cts/(keV kg yr) was achieved, a factor of 3 lower than specified in the GERDA proposal. Thus, the target for the background of the follow-up experiment LEGEND-200 of <2 x 104 cts/(keV kg yr) has already been achieved. The final results (GERDA Legacy data) were analyzed in 2020 and presented to the scientific public at the 2020 International Neutrino Conference and subsequently published in Physical Review Letters 125, 252502 (2020). After the successful upgrade in 2018, the search for neutrinoless double beta decay with GERDA was continued as planned in July 2018. The measurement campaign was carried out with an extremely high duty cycle and was successfully completed after 481 days on November 11, 2019. On average, a daily exposure of 0.091 kg yr per day was achieved during this time, so that GERDA Phase II has already achieved a total of 103.7 kg yr exposure after less than 4 years. In detail, the enriched BEGe detectors with 53.3 kg yr, the enriched coaxial detectors with 41.8 kg yr and the new enriched inverted coaxial detectors with 8.5 kg yr contributed to this exposure. The excellent performance of the inverted coaxial detectors is of utmost importance, especially for the LEGEND-200 follow-up experiment.

Abstract (German)

GERDA hat als erstes Experiment weltweit eine Empfindlichkeit f#Latin Small Letter U With Diaeresis# r die Halbwertszeit des neutrinolosen Doppelbetazerfalls von >10<##>26$^{26}$"2"6 Jahren erreicht. Die urspr#Latin Small Letter U With Diaeresis#ngliche Zielsetzung des Experiments wurde deutlich #Latin Small Letter U With Diaeresis#bertroffen und ein Untergrundindex (pre-unblinding) von 1.2<##>+1.80.8$^{{+1.8}_{-0.8}}$"+"1"."8"_#Minus Sign#"_0"_."_8 x 10<##>4$^{-4}$"#Minus Sign#"4 cts/(keV kg yr) erzielt. #Latin Capital Letter U With Diaeresis#ber die Phase II gemittelt konnte somit ein Untergrundindex 3.6<##>+1.61.2$^{{+1.6}_{-1.2}}$"+"1"."6"_#Minus Sign#"_1"_."_2 x 10<##>4$^{-4}$"#Minus Sign#"4 cts/(keV kg yr) erreicht werden, einen Faktor 3 geringer, als im GERDA Proposal spezifiziert. Somit ist auch das Ziel f#Latin Small Letter U With Diaeresis#r den Untergrund des Folgeexperiments LEGEND-200 von <2 x 10<##>4$^{-4}$"#Minus Sign#"4 cts/(keV kg yr) quasi bereits erreicht. Die endg#Latin Small Letter U With Diaeresis#ltigen Ergebnisse (GERDA Legacy Daten) wurden in 2020 analysiert und auf der internationalen Neutrinokonferenz 2020 der Fach#Latin Small Letter O With Diaeresis#ffentlichkeit vorgestellt und nachfolgend in Physical Review Letters 125, 252502 (2020) ver#Latin Small Letter O With Diaeresis#ffentlicht. Nach dem erfolgreichen Upgrade im Jahre 2018 wurde die Suche nach dem neutrinolosen Doppelbetazerfall mit GERDA wie geplant im Juli 2018 fortgesetzt. Die Messkampagne wurde mit einem extrem hohen duty-cycle durchgef#Latin Small Letter U With Diaeresis#hrt und wurde nach 481 Tagen am 11. November 2019 erfolgreich abgeschlossen. Im Mittel konnte w#Latin Small Letter A With Diaeresis#hrend dieser Zeit eine t#Latin Small Letter A With Diaeresis#gliche Exposition von 0.091 kg yr pro Tag erzielt werden, so dass GERDA Phase II bereits nach weniger als 4 Jahren insgesamt 103.7 kg yr Exposition erreicht hat. Im Einzelnen trugen zu dieser Exposition die angereicherten BEGe Detektoren mit 53.3 kg yr, die angereicherten Coaxial-Detektoren mit 41.8 kg yr und die neuen angereicherten invertierten Co-axial-Detektoren mit 8.5 kg yr bei. Die exzellente Performance der invertierten Coaxial-Detektoren sind insbesondere f#Latin Small Letter U With Diaeresis#r das LEGEND-200 Nachfolgeexperiment von gr#Latin Small Letter O With Diaeresis##Latin Small Letter Sharp S#ter Bedeutung.

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Original title (German)
GERDA. GERmanium Detector Array GERDA zum Nachweis des neutrinolosen doppelten Betazerfalls in 76Ge. Teilprojekt 2. Schlussbericht

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