Kaksoisbeetahajoaminen : neutriinon massa ja sen kokeellinen määrittäminen

Abstract

Työssä tutustutaan kaksoisbeetahajoamiseen ilmiönä, ja erityisesti neutriinotonta kaksoisbeetahajoamista etsiviin kokeisiin. Lyhyen ilmiön historiaan keskittyvän johdannon jälkeen käsitellään kokeiden kannalta oleellinen teoria. Teoreettisen pohjustuksen jälkeen käydään läpi kokeiden keskeisiä haasteista, ja muutama neutriinotonta kaksoisbeetahajoamista tutkiva koe esitellään tarkemmin. Erityisesti GERDA- ja CUORE-kokeet nostetaan esille, ja muutamasta muusta kokeesta kerrotaan pääpiirteet parilla virkkeellä. Lopuksi kokeissa määritettyjen neutriinottoman kaksoisbeetahajoamisen puoliintumisajan alarajojen avulla määritetään neutriinon massan odotusarvolle yläraja. Massan laskemiseen käytettyjen yhtälöiden teoreettista pohjaa ei esitetä. Käytetyt yhtälöt on kerätty lähteineen liitteeseen A. Neutriinon massaksi saatiin määritettyä, että se on kertaluokkaa 10−1 eV loppuun saatettujen kokeiden antamien tulosten nojalla. Lähitulevaisuuden kokeet pystyvät mahdollisesti märittämään neutriinon massan tarkkuudella 10−2 eV, mikäli neutriinoton kaksoisbeetahajoaminen on ylipäätänsä mahdollinen.

Some of the notable neutrinoless doube beta decay experiments are presented and discussed in this paper. The emphasis is on ongoing and future experiments. Using the lower limits set by the discussed experiments for the half-life of the neutrinoless double beta decay, an upper limit is calculated for the expected mass of the neutrino using presently known nuclear matrix elements and phase-space factors. The final result is, according to the present and future experimental data, that the experimental sensitivity to the mass lies somewhere in the range between 10−2eV and 10−1 eV.