[论文解读] Spectroscopy of Double-Beta and Inverse Beta Decays from 100Mo

H. Ejiri, J. Engel+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 20, 1999

Neutrino Physics Research被引用 1

一句话总结

本文提出使用多吨级的100Mo探测器，通过无中微子双贝塔衰变同时探测马约拉纳中微子质量，并通过逆贝塔衰变探测低能太阳中微子。凭借大的Q值和高符合灵敏度，该探测器实现了约0.03 eV的中微子质量灵敏度，并可实现实时探测单个太阳中微子。

ABSTRACT

Spectroscopic studies of two beta-rays from 100Mo are shown to be of potential interest for investigating both the Majorana neutrino mass by neutrinoless double beta-decay and low energy solar neutrino's by inverse beta-decay. With a multi-ton 100Mo detector, coincidence studies of correlated beta-beta from neutrinoless double beta-decay, together with the large Q value, permit identification of the neutrino-mass term with a sensitivity of ~ 0.03 eV. Correlation studies of the inverse beta and the successive beta-decay of 100Tc, together with the large capture rates for low energy solar neutrino's, make it possible to detect in realtime individual low energy solar neutrino in the same detector.

研究动机与目标

• 探索100Mo作为双用途探测器在研究马约拉纳中微子质量和低能太阳中微子方面的潜力。
• 解决以高灵敏度探测中微子无中微子双贝塔衰变和逆贝塔衰变等极罕见过程的挑战。
• 利用100Mo衰变的大Q值和低能中微子高俘获率，提升探测效率。
• 通过单个探测器系统中的符合技术，实现实时、单事件探测太阳中微子。

提出的方法

• 利用多吨级基于100Mo的探测器，收集来自无中微子双贝塔衰变的关联贝塔-贝塔事例。
• 测量衰变中发射的两个贝塔粒子的能量和角相关性，以分离中微子质量项。
• 通过逆贝塔衰变与100Tc后续贝塔衰变之间的符合检测，识别低能太阳中微子。
• 利用100Mo对低能中微子的高俘获截面，提升探测率。
• 对贝塔射线谱进行光谱分析，提取中微子质量与太阳中微子通量的信息。
• 利用100Mo衰变的大Q值，提升信号区域的能量分辨率并抑制本底。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于单个100Mo探测器，能否通过无中微子双贝塔衰变实现对马约拉纳中微子质量的高灵敏度探测？
• RQ2 两个贝塔粒子的符合检测在多大程度上可提升对有效中微子质量的灵敏度？
• RQ3 100Mo中的逆贝塔衰变能否实现对低能太阳中微子的实时探测？
• RQ4 考虑到探测器尺寸和能量分辨率，该方法可实现的中微子质量项灵敏度是多少？
• RQ5 100Mo的大Q值和高俘获率在多大程度上增强了对罕见低能中微子相互作用的探测能力？

主要发现

• 所提出的100Mo探测器通过贝塔-贝塔衰变的符合光谱分析，实现了约0.03 eV的中微子质量灵敏度。
• 100Mo衰变的大Q值使能量分辨率提高，有助于更准确识别无中微子双贝塔衰变中的中微子质量项。
• 探测器对低能太阳中微子的高俘获率，使其能够实现实时探测单个中微子事例。
• 逆贝塔衰变与100Tc后续贝塔衰变之间的符合研究，为识别太阳中微子提供了强有力的特征信号。
• 在单一装置中同时探测无中微子双贝塔衰变和太阳中微子，显著提升了单位成本的科学回报。
• 对关联贝塔射线的光谱分析可实现本底抑制，并提升稀有衰变过程的信噪比。