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Search for Double Beta Plus Decays with a Novel Detector Concept Combining Hybrid and Opaque Scintillator Techniques

Description du projet

Un nouveau détecteur capable de suivre les désintégrations bêta rares pourrait permettre de mieux comprendre la structure de notre univers

L’examen du comportement des neutrinos pourrait permettre de comprendre pourquoi l’univers existe tel qu’il est, c’est-à-dire rempli de matière au lieu d’être vide. Un processus rare appelé «désintégration double bêta sans neutrinos» (0n2b) pourrait apporter la réponse, car il permettrait de déterminer si les neutrinos sont leurs propres antiparticules: une idée liée aux fermions de Majorana. Alors que la plupart des recherches se concentrent sur les désintégrations bêta négatives, les modes positifs tels que l’émission de doubles positons restent largement inexplorés en raison de leur extrême rareté et des défis techniques qu’ils posent. Le projet NuDoubt, financé par le CER, présente un détecteur de pointe qui combine des technologies de scintillation hybride et opaque afin d’atteindre une sensibilité et une suppression du bruit de fond inégalées. Cette approche innovante pourrait, pour la première fois, mesurer des désintégrations insaisissables et ouvrir un nouveau chapitre dans notre compréhension des origines de l’univers.

Objectif

The pre-dominance of ordinary matter over anti-matter in the observable universe is one of the major unsolved questions of cosmology. Without this so-called baryon asymmetry (BA) the universe would be a void. An avenue to explain BA is through the discovery of a process that violates the number of leptons (LNV). Prime candidate is the neutrinoless double beta decay (0n2b). While in ordinary double beta decays (2n2b) two nucleons simultaneously decay in two charged leptons and two neutrinos, in 0n2b the neutrinos are internally absorbed leading to LNV. In most theories this is connected to the notion of Majorana fermions (MF), i.e. the neutrino being its own anti-matter partner. Neither LNV nor MF have been observed yet. Thus discovery of 0n2b would revolutionise our understanding of the universe.

Currently, searches focus on negative double beta decays. In contrast, double beta plus (2b+), double electron capture (2EC) and their mixed mode (ECb+) are little explored. None of the positive neutrinoless modes and not even 2n2b+ nor 2nECb+ have been seen although the latter two are undisputedly expected to exist. Their measurement is particularly difficult due to suppressed decay probabilities, challenging background suppression and low natural abundances of suitable candidate nuclei.

In this application I propose NuDoubt, a novel detector concept based on the combination of hybrid and opaque scintillation detector technology. They each offer groundbreaking background suppression. NuDoubt allows for the first time to combine their complementing background suppression power achieving superb signal to background ratios. NuDoubt is perfectly suited for pressure loading of enriched noble gases allowing for unmatched abundances in scintillation detectors. NuDoubt will measure for the first time 2nECb+ within just 1 calendar year of operation. NuDoubt will also be able to probe 0n2b+ and 0nECb+ at more than 1000-fold improved significance compare to current limits.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2025-COG

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Institution d’accueil

JOHANNES GUTENBERG-UNIVERSITAT MAINZ
Contribution nette de l'UE
€ 1 999 892,00
Adresse
SAARSTRASSE 21
55122 Mainz
Allemagne
Région
Rheinland-Pfalz Rheinhessen-Pfalz Mainz, Kreisfreie Stadt
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 1 999 892,50

Bénéficiaires (1)