Por que existe mais matéria do que antimatéria no universo? A razão pode estar oculta na natureza do neutrino:um dos modelos teóricos preferidos assume, que essas partículas elementares eram idênticas às suas próprias antipartículas. Isso, por sua vez, levaria a um processo de decomposição nuclear extremamente raro, o decaimento beta duplo sem neutrinos (0νββ). O experimento GERDA agora alcançou uma melhoria mais importante na busca de decaimento 0νββ, reduzindo os distúrbios (fundo) a um nível baixo sem precedentes, tornando-o o primeiro experimento "livre de fundo" no campo. Esta conquista é relatada no recente Natureza artigo publicado em 6 de abril, 2017

Os neutrinos são partículas fantasmagóricas extremamente difíceis de detectar. Eles desempenham um papel central na forma como o sol queima, como as supernovas explodem e como os elementos são formados durante o big bang. A determinação de suas propriedades avançou consideravelmente nossa compreensão das partículas elementares, melhor documentado pelo fato de que até agora quatro prêmios Nobel foram atribuídos a pesquisas relacionadas a neutrinos. Uma propriedade fundamental ainda é desconhecida:são neutrinos partículas de Majorana, isto é, idênticos às suas próprias antipartículas? Nesse caso, o decaimento 0νββ existirá. Fortes argumentos teóricos favorecem essa possibilidade e a ausência acima mencionada de antimatéria em nosso universo está provavelmente conectada ao caráter Majorana dos neutrinos.

O decaimento beta duplo "normal" é um processo raro permitido em que dois nêutrons em um núcleo decaem simultaneamente em dois prótons, dois elétrons e dois anti-neutrinos. Foi observado para alguns núcleos como 76Ge, onde o decaimento beta único não é possível. Os elétrons e anti-neutrinos deixam o núcleo, apenas os elétrons podem ser detectados. No decaimento 0νββ, nenhum neutrino sai do núcleo e a soma das energias dos elétrons é idêntica à conhecida liberação de energia do decaimento. A medição exata dessa energia é a assinatura principal para o decaimento 0νββ.

Devido à importância do decaimento 0νββ em revelar o caráter dos neutrinos e na nova física, existem cerca de uma dúzia de experimentos em todo o mundo usando diferentes técnicas e isótopos. O experimento GERDA é um dos experimentos líderes no campo, conduzido por uma colaboração europeia. Ele está localizado no subterrâneo Laboratori Nazionali del Gran Sasso da organização de pesquisa italiana INFN.

O GERDA usa detectores de germânio de alta pureza enriquecidos no isótopo 76Ge. Como o germânio é fonte e detector ao mesmo tempo, uma configuração compacta com o mínimo de materiais adicionais pode ser realizada levando a fundos baixos e alta eficiência de detecção. A excelente resolução de energia dos detectores de germânio e as novas técnicas experimentais desenvolvidas pela colaboração GERDA fornecem supressão sem precedentes de eventos perturbadores de outros decaimentos radioativos (eventos de fundo). Uma vez que o decaimento 0νββ tem meia-vida muitas ordens de magnitude maior do que a idade do universo, a redução de eventos de fundo é crucial para a sensibilidade.

Os detectores de germânio são operados em 64 m ³ de argônio líquido a uma temperatura de -190 graus Celsius. O próprio recipiente de argônio está dentro de um ³ tanque cheio de água pura que por sua vez é protegido pela montanha Gran Sasso contra os raios cósmicos. O argônio e a água usados ​​são extremamente puros em urânio e tório; os líquidos atuam como escudo adicional para a radioatividade natural do ambiente. Sua instrumentação fornece meios adicionais de identificação de antecedentes.

As novas técnicas empregadas pelo GERDA reduziram o número de eventos de fundo de tal forma, que agora é o primeiro experimento "sem fundo" no campo. Nenhum decaimento de 0νββ foi observado durante os primeiros cinco meses de coleta de dados e um limite de meia-vida inferior de 5x10 ²⁵ ano foi derivado. Até o final da coleta de dados em 2019, nenhum evento de fundo deve ser deixado na região de energia onde o sinal 0νββ é esperado e uma sensibilidade de 10 ²⁶ ano será alcançado. Isso torna o GERDA mais adequado para descobrir um sinal, que se manifestaria por um pequeno número de eventos na energia do sinal.