Direct high-precision measurement of the mass difference of $^{77}$As-$^{77}$Se related to neutrino mass determination - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue European Physical Journal A Année : 2024

Direct high-precision measurement of the mass difference of $^{77}$As-$^{77}$Se related to neutrino mass determination

Z Ge
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T Eronen
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M Ramalho
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D.A Nesterenko
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A Kankainen
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O Beliuskina
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S Geldhof
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W Gins
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A Jokinen
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Á Koszorús
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J Kotila
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J Kostensalo
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I.D Moore
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P Pirinen
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A Raggio
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S Rinta-Antila
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V.A Sevestrean
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J Suhonen
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V Virtanen
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A Zadvornaya
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Résumé

The first direct determination of the ground-state-to-ground-state ${\beta^{-}}$-decay $Q$-value of $^{77}$As to $^{77}$Se was performed by measuring their atomic mass difference utilizing the double Penning trap mass spectrometer, JYFLTRAP. The resulting $Q$-value is 684.463(70) keV, representing a remarkable 24-fold improvement in precision compared to the value reported in the most recent Atomic Mass Evaluation (AME2020). With the significant reduction of the uncertainty of the ground-state-to-ground-state $Q$-value and knowledge of the excitation energies in $^{77}$Se from $\gamma$-ray spectroscopy, the ground-state-to-excited-state $Q$-value of the transition $^{77}$As (3/2$^{-}$, ground state) $\rightarrow$$^{77}$Se$^{*}$ (5/2$^{+}$, 680.1035(17) keV) was refined to be 4.360(70) keV. We confirm that this potential low $Q$-value ${\beta^{-}}$-decay transition for neutrino mass determination is energetically allowed at a confidence level of about 60$\sigma$. Nuclear shell-model calculations with two well-established effective Hamiltonians were used to estimate the partial half-life for the low $Q$-value transition. The half-life was found to be of the order of 10$^{9}$ years, which makes this candidate a potential source for rare-event experiments searching for the electron antineutrino mass.

Dates et versions

hal-04447117 , version 1 (08-02-2024)

Identifiants

Citer

Z Ge, T Eronen, M Ramalho, A de Roubin, D.A Nesterenko, et al.. Direct high-precision measurement of the mass difference of $^{77}$As-$^{77}$Se related to neutrino mass determination. European Physical Journal A, 2024, 60 (5), pp.104. ⟨10.1140/epja/s10050-024-01317-3⟩. ⟨hal-04447117⟩
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