Observation of TwoNeutrino DoubleBeta decay in 136 Xe

Observation of Two-Neutrino Double-Beta decay in 136 Xe with EXO-200 20110908 H. Ogawa ICRR Colloquium abstract

Physics motivation in this paper : 1/(T 1/2)∝(<mν>/me)^2

Target of double beta search : 136 Xe • Q value for 0νββ: 2458 ke. V • Xenonの利点： – 136 XeへのEnrichが比較的容易。EXO-200では~175 kg xenonを 80. 6+/-0. 1%までenrichしている。（残りは 134 Xe) – 循環による純化が可能。: paper ar. Xiv: 1109. 1046 v 1 – Cryostat で液化可能。sourceと検出器を一致しての実験。 比重が 大きく、検出器がコンパクトに出来る。External/detector BGに対して self shieldが有効 – Long livetimeの同位体がない。 – Scintillation lightとionizationを組み合わせてのenergy再構成が可 能である。＝＞good energy resolution. このpaperではionizationの み。

EXO detector : Site Muon flux : 3. 1 e-7/s/cm 2/sr 実験サイトは Plastic scintillator panels で覆っている。

EXO detector : Overview Thickness 25 cm CF 3 CF 2 OCH 3

EXO detector : shield open

EXO detector : TPC

Ionizationで生成したelectron をAnodeのx-y 2 D wireで受ける。 ChargeからEnergyを見積もる。 X-y wireと、electron drift timeから ３Ｄ vertexを求める。 Single – multi事象の識別が可能。 Gamma BGは 2 compton事象 などでmulti事象になりやすい。 2ν（0ν)事象はsingle事象となる。 LAAPDで受け取るSintillation事象 はα粒子識別(light/charge)、event の起こった時間の同定に使用。

result of 2νββ • • Data taking : May 21, 2011 – July 9, 2011 for normal run (31. 3 day). Energy threshold for analysis : 720 ke. V Fiducial volume : 63 kg (2. 26 e 26 136 Xe atoms) Data reduction : – Muon veto – 214 Bi-214 Po cut • 222 Rn : 4. 5+/-0. 5 u. Bq/kg • 220 Rn : <0. 04 u. Bq/kg – Deadtime : 0. 12+6. 3% • Classified as single or multicluster event. – Multi-cluster : background gamma are dominant. BG level is consistent with material screening measurement. – Signle-cluster : 2νββ is dominant. – T 1/2 =2. 11+/0. 04(stat)+/0. 21(sys)x 10^21 yr.

0νββ 10 event/50 ke. V Efficiency 100%, 30 day livetimeとして 計算 0 event ~2458 ke. V Upper limit (90%) < 2. 3 event T(1/2) > N 0 xtxln 2/(#of event) = 5. 7 x 10^24 yr

Future plan :

Ba tagging

backup

memo • WIPP : ニューメキシコ州Carlsbad付近。核 廃棄物隔離試験施設. Majorana, The Dark Matter Time Projection Chamber (DMTPC) など。 • Kr : 25 pptw ~ 40 ppt(mol/mol) • 60 Coと 228 Thは１週間ごとに交換。 • ＴＰＣ近くの５ positionにおく。

ＴＰＣメモ（訂正必要かも） • • Field wireでτeとchargeを読みだす。 Taueによってchargeは補正。 Energyはfield wireから。 LAAPDによるscintillation signalはtime of event(trigger? )とalpha/beta particle identidyに利用。 – Alpha : Light/charge >> • Combined scintillation & ionization : under development.

• X-Y crossed wireとelectron drift timeから 3 Dの位置を決定。 • Calibrationで求められたelectron lifetime~250 us • 一方、maximum drift timeは 100 us

• CalibrationでEnergy scaleが4%違ってると言ってるが、なぜmultiが大き い？ • 1592 ke. V ? ? e+e- pair を直接作るらしいが、gamma calibにくらべて energyがシフトしている。Smaller volumeでのpair creastionのせいであ って、MCでも再現されている。Beta-betaと似たイベントである。よって、 beta-betaはgamma singleとは少し違う。＝＞spectrumは後ろ • このシフトおよび、taueのtime variation効果からのenergy scaleを correctionする前がFig 3 • Multi clusterで 2 nubeta-betaのeventのしみこみがあるのは？ • Energy threshold : low energyにおいてreconstruction effciencyが悪い。 T 0の決定精度が悪いため。 • 0 entry : 2. 3 event(90%C. L. )

EXO-200現状：<mν> < 450 me. V. (page 3から概算)