[论文解读] Neutrinoless Double Beta Decay of 134Xe

F. Šimkovic, P. Domin+1 more|ArXiv.org|Apr 24, 2002

Neutrino Physics Research被引用 3

一句话总结

本文研究了 ¹³⁴Xe 中无中微子双贝塔衰变（0νββ）的理论可行性，分析了轻型与重型马约拉纳中微子交换及 R-宇称破坏的超对称（SUSY）机制。利用重整化的准粒子随机相位近似（RQRPA），研究发现 ¹³⁴Xe 对轻子数破坏的敏感度仅为 ¹³⁶Xe 的 2–3 倍，尽管其 Q 值较低，但仍是未来实验的有力候选者。

ABSTRACT

In view of recent great progress achieved in the experimental study of the neutrinoless double beta decay (0nbb-decay) of 134Xe we discuss theoretical aspects of this process. The light and heavy Majorana neutrino exchange as well as the trilinear R-parity breaking contributions to 0nbb-decay are considered. We show that the sensitivity of the studied process to the signal of lepton number violation is only by factor 2-3 weaker in comparison with the 0nbb-decay of 136Xe. The current limits on effective neutrino mass (light and heavy) and trilinear R-parity violating parameter lambda'_111 deduced from lower limits on the 0nbb-decay half-lifes of various nuclei are reviewed and perspectives of the experimental verification of recently announced evidence of the 0nbb-decay of 76Ge are discussed.

研究动机与目标

• 在近期实验限制下，评估 ¹³⁴Xe 中 0νββ 衰变的理论可行性。
• 比较 ¹³⁴Xe 与 ¹³⁶Xe 在通过轻型与重型马约拉纳中微子交换探测轻子数破坏方面的敏感度。
• 评估 ¹³⁴Xe 探测三线性 R-宇称破坏 SUSY 参数的潜力。
• 综述当前来自多种核素的有效中微子质量及 R-宇称破坏耦合的实验限制。
• 讨论 ⁷⁶Ge 中声称的 0νββ 衰变信号对 0νββ 衰变理论框架的影响。

提出的方法

• 使用重整化的准粒子随机相位近似（RQRPA）计算 ¹³⁴Xe 中 0νββ 衰变的核矩阵元。
• 应用标准的 0νββ 衰变半衰期公式，包含相空间因子及轻型与重型马约拉纳中微子交换的矩阵元。
• 通过胶微子交换评估 R-宇称破坏机制，使用一和两π介子交换贡献的矩阵元。
• 利用有效哈密顿量及核子流贡献（包括感应流）以优化矩阵元计算。
• 将 ¹³⁴Xe 的理论半衰期与 ¹³⁶Xe 及其他同位素的半衰期进行比较，以评估其相对敏感度。
• 综述并整理来自多个实验的当前实验限制，涵盖有效中微子质量与 R-宇称破坏参数。

实验结果

研究问题

• RQ1 ¹³⁴Xe 中 0νββ 衰变的核矩阵元与 ¹³⁶Xe 相比如何？
• RQ2 ¹³⁴Xe 相对于 ¹³⁶Xe 对轻子数破坏的相对敏感度如何？
• RQ3 ¹³⁴Xe 是否能以与其他同位素相当的敏感度探测有效马约拉纳中微子质量及 R-宇称破坏参数？
• RQ4 ⁷⁶Ge 中报告的 0νββ 衰变信号对 0νββ 衰变理论框架有何影响？
• RQ5 当前对 0νββ 衰变半衰期的实验限制如何约束有效中微子质量与 R-宇称破坏耦合？

主要发现

• ¹³⁴Xe 中 0νββ 衰变的核矩阵元显著大于 ¹³⁶Xe，导致其对轻子数破坏的敏感度相当。
• 尽管 Q 值较低，¹³⁴Xe 对有效轻型马约拉纳中微子质量的敏感度仅为 ¹³⁶Xe 的 2–3 倍。
• 当前对 ¹³⁴Xe 的 0νββ 衰变半衰期的实验限制（T₁/₂ ≥ 5.8×10²⁵ 年）对有效中微子质量与 R-宇称破坏参数提供了具有竞争力的约束。
• 来自 ¹³⁴Xe 的三线性 R-宇称破坏耦合 λ′₁₁₁ 的上限已强于或与来自 ⁴⁸Ca 的结果相当。
• ⁷⁶Ge 中声称的 0νββ 衰变信号（最佳拟合半衰期 ~1.5×10²⁵ 年）暗示有效马约拉纳中微子质量为 0.52 eV，尽管这与偏好的低质量情景存在冲突。
• 未来实验如 NEMO-III、MAJORANA 和 GENIUS 预计将在未来十年内达到足够灵敏度，以确认或排除 ⁷⁶Ge 的信号。