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Ergebnisse aus dem GERDA-Experiment

Das GERDA Experiment wurde für zwei Phasen konzipiert. In der ersten Phase wurden Detektoren eingesetzt, die die Kollaboration von Vorgängerexperimenten „geerbt“ hatte.

In der zweiten Phase des Experiments kommt ein weiterer Detektor-Typ zum Einsatz. Diese wurden speziell für das GERDA Experiment entwickelt und angefertigt. Zusätzlich wurde der Aufbau modifiziert, indem in die direkte Umgebung der Germaniumdetektoren weitere Lichtsensoren installiert wurden. Diese erlauben es, Untergrundereignisse als solche zu erkennen.

Ergebnisse von GERDA Phase I

Von November 2011 bis Mai 2013 fand Phase I des GERDA-Experiments statt. Es wurde mit insgesamt acht Germaniumdetektoren, die mit dem Isotop Germanium-76 angereichert sind, gemessen.

Das aufgenommenen Energiespektrum entsprach den gesteckten Zielen. Im interessanten Energiebereich betrug der Untergrundindex 0.02 Ereignisse/(keV kg Jahr). Die Zusammensetzung des Energiespektrums wurde maßgeblich im Rahmen einer Dissertation am MPP entickelt [Ref=Link].

Bei der Energie, wo man das Signal erwartet, konnte kein Überschuss an Ereignissen gemessen werden. Aus der Nichtbeobachtung des Zerfalls kann ein unteres Limit für die Halbwertszeit des neutrinolosen Doppelbetazerfalls von 2.1 mal 1025 Jahre gesetzt werden. Das entspricht einem Konfidenz-Limit von 90%.

Ergebnisse von GERDA Phase II

Um die zusätzlichen Detektoren und Lichtsensoren installieren zu können, musste der Aufbau wesentlich verändert werden. Insbesondere musste ein neues Schleusensystem gebaut werden. Dies lag wieder in der Verantwortung des MPP.

GERDA Phase II nimmt seit Dezember 2015 Daten mit insgesamt 40 Germaniumdetektoren und dem zusätzlichen Lichtdetektorsystem.

Da es in der aktuellen Versuchsphase keinen messbaren Zerfall gab, konnte eine neue Untergrenze für die Halbwertszeit von Germanium-76 gesetzt werden. Sie liegt bei 5 x 1025 Jahren. Dies kann in eine obere Grenze der Majorana-Neutrinomasse von 150-250 Millielektronenvolt übersetzt werden. Das heißt, ein Neutrino das identisch mit seinem Antiteilchen ist (Majorana-Charakter) wäre mindestens 250.000 mal leichter als ein Elektron.

Zum anderen konnte gezeigt werden, dass die Störsignale durch natürliche Radioaktivität mit einem neuartigen Konzept zur Abschirmung um das Zehnfache reduziert werden kann - eine wichtige Vorausetzung, um ambitionierte Projekte mit noch höherer Empfindlichkeit in Angriff nehmen zu können.