New measurement of double beta decays of $^{100}$Mo to excited states of $^{100}$Ru with the CUPID-Mo experiment - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Phys.Rev.C Année : 2023

New measurement of double beta decays of $^{100}$Mo to excited states of $^{100}$Ru with the CUPID-Mo experiment

A.S. Barabash
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F. Bellini
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G. Benato
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M. Beretta
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Yu. Borovlev
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L. Cardani
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N. Casali
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D. Chiesa
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I. Dafinei
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F.A. Danevich
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K. Eitel
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B.K. Fujikawa
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V.D. Grigorieva
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H.Z. Huang
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R. Huang
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J. Johnston
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V.V. Kobychev
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S.I. Konovalov
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J. Kotila
L. Ma
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E.P. Makarov
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L. Marini
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E.B. Norman
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J.L. Ouellet
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L. Pattavina
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H. Peng
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G. Pessina
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B. Schmidt
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Y. Shen
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V. Singh
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C. Tomei
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V.I. Umatov
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B. Welliver
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L. Winslow
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M. Xue
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E. Yakushev
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M. Zarytskyy
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Résumé

The CUPID-Mo experiment, located at Laboratoire Souterrain de Modane (France), was a demonstrator experiment for CUPID. It consisted of an array of 20 Li$_2^{100}$MoO$_4$ (LMO) calorimeters each equipped with a Ge light detector (LD) for particle identification. In this work, we present the result of a search for two-neutrino and neutrinoless double beta decays of $^{100}$Mo to the first 0$^+$ and $2^+$ excited states of $^{100}$Ru using the full CUPID-Mo exposure (2.71 kg$\times$yr of LMO). We measure the half-life of $2\nu\beta\beta$ decay to the $0^{+}_1$ state as $T_{1/2}^{2\nu \rightarrow 0_1^+}=7.5\pm 0.8 \ \text{(stat.)} \ ^{+ 0.4}_{-0.3} \ \text{(syst.)} )\times 10^{20} \ \mathrm{yr}$. The bolometric technique enables measurement of the electron energies as well as the gamma rays from nuclear de-excitation and this allows us to set new limits on the two-neutrino decay to the $2_1^+$ state of $T^{2\nu \rightarrow 2_1^+}_{1/2}>4.4\times 10^{21} \ \mathrm{yr} \ \text{(90 % c.i.)}$ and on the neutrinoless modes of $T_{1/2}^{0\nu\rightarrow 2_1^+}>2.1\times10^{23} \ \mathrm{yr}\ \text{(90 % c.i.)}$, $T_{1/2}^{0\nu\rightarrow 0_1^+}>1.2\times10^{23} \ \mathrm{yr}\ \text{(90 % c.i.)}$. Information on the electrons spectral shape is obtained which allows us to make the first comparison of the single state (SSD) and higher state (HSD) $2\nu\beta\beta$ decay models for the $0_1^+$ excited state of $^{100}$Ru.

Dates et versions

hal-03758798 , version 1 (23-08-2022)

Identifiants

Citer

C. Augier, A.S. Barabash, F. Bellini, G. Benato, M. Beretta, et al.. New measurement of double beta decays of $^{100}$Mo to excited states of $^{100}$Ru with the CUPID-Mo experiment. Phys.Rev.C, 2023, 107 (2), pp.025503. ⟨10.1103/PhysRevC.107.025503⟩. ⟨hal-03758798⟩
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