Precise measurement of $$2\nu \beta \beta $$ decay of $$^{100}$$Mo with the CUPID-Mo detection technology
E. Armengaud, C. Augier, A. S. Barabash, F. Bellini, G. Benato, A. Benoît, M. Beretta, L. Bergé, J. Billard, Yu. A. Borovlev, Ch. Bourgeois, M. Briere, V. Brudanin, P. Camus, L. Cardani, N. Casali, A. Cazes, M. Chapellier, F. Charlieux, M. de Combarieu, I. Dafinei, F. A. Danevich, M. De Jesus, L. Dumoulin, K. Eitel, E. Elkhoury, F. Ferri, B. K. Fujikawa, J. Gascon, L. Gironi, A. Giuliani, V. D. Grigorieva, M. Gros, E. Guerard, D. L. Helis, H. Z. Huang, R. Huang, J. Johnston, A. Juillard, H. Khalife, M. Kleifges, V. V. Kobychev, Yu. G. Kolomensky, S. I. Konovalov, A. Leder, J. Kotila, P. Loaiza, L. Ma, E. P. Makarov, P. de Marcillac, L. Marini, S. Marnieros, D. Misiak, X.-F. Navick, C. Nones, V. Novati, E. Olivieri, J. L. Ouellet, L. Pagnanini, P. Pari, L. Pattavina, B. Paul, M. Pavan, H. Peng, G. Pessina, S. Pirro, D. V. Poda, O. G. Polischuk, E. Previtali, Th. Redon, S. Rozov, C. Rusconi, V. Sanglard, K. Schäffner, B. Schmidt, Y. Shen, V. N. Shlegel, B. Siebenborn, V. Singh, C. Tomei, V. I. Tretyak, V. I. Umatov, L. Vagneron, M. Velázquez, M. Weber, B. Welliver, L. Winslow, M. Xue, E. Yakushev, A. S. Zolotarova
Abstract
Abstract We report the measurement of the two-neutrino double-beta ( $$2\nu \beta \beta $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:math> ) decay of $$^{100}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msup><mml:mrow/><mml:mn>100</mml:mn></mml:msup></mml:math> Mo to the ground state of $$^{100}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msup><mml:mrow/><mml:mn>100</mml:mn></mml:msup></mml:math> Ru using lithium molybdate ( $$\hbox {Li}_2^{\;\;100}\hbox {MoO}_4$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mtext>Li</mml:mtext><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mspace/><mml:mspace/><mml:mn>100</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mtext>MoO</mml:mtext><mml:mn>4</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math> ) scintillating bolometers. The detectors were developed for the CUPID-Mo program and operated at the EDELWEISS-III low background facility in the Modane underground laboratory (France). From a total exposure of 42.235 kg $$\times $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mo>×</mml:mo></mml:math> day, the half-life of $$^{100}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msup><mml:mrow/><mml:mn>100</mml:mn></mml:msup></mml:math> Mo is determined to be $$T_{1/2}^{2\nu }=[7.12^{+0.18}_{-0.14}\,\mathrm {(stat.)}\pm 0.10\,\mathrm {(syst.)}]\times 10^{18}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>T</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>ν</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:msubsup><mml:mn>12</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0.14</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>0.18</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mspace/><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>stat</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>0.10</mml:mn><mml:mspace/><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>syst</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>×</mml:mo><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mn>18</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math> years. This is the most accurate determination of the $$2\nu \beta \beta $$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>ν</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi><mml:mi>β</mml:mi></mml:mrow></mml:math> half-life of $$^{100}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:msup><mml:mrow/><mml:mn>100</mml:mn></mml:msup></mml:math> Mo to date.