Varför finns det mer materia än antimateria i universum? Orsaken kan vara dold i neutrino -naturen:en av de föredragna teoretiska modellerna förutsätter, att dessa elementära partiklar var identiska med sina egna antipartiklar. Detta skulle i sin tur leda till en extremt sällsynt kärnkraftsförfallsprocess, det neutrinolösa dubbel-beta-förfallet (0νββ). Experimentet GERDA har nu nått en viktigaste förbättring i sökandet efter 0νββ-förfall genom att minska störningarna (bakgrunden) till en oöverträffad låg nivå vilket gör det till det första "bakgrundsfria" experimentet på området. Denna prestation har rapporterats i det senaste Natur artikeln som visas den 6 april, 2017.

Neutrinos är spöklika partiklar som är extremt svåra att upptäcka. De spelar en central roll i hur solen brinner, hur supernovor exploderar och hur element bildas under big bang. Att bestämma deras egenskaper har avancerat vår förståelse av elementära partiklar avsevärt, bäst dokumenterat genom att fyra Nobelpriser hittills har delats ut till neutrino -relaterad forskning. En grundläggande egenskap är fortfarande okänd:är neutrinos Majorana -partiklar, dvs identiska med sina egna antipartiklar? I så fall kommer 0νββ -förfall att existera. Starka teoretiska argument gynnar denna möjlighet och ovan nämnda frånvaro av anti-materia i vårt universum är sannolikt kopplad till Majorana-karaktären hos neutrinoer.

"Normalt" dubbelbetaförfall är en tillåten sällsynt process där två neutroner i en kärna sönderfaller samtidigt i två protoner, två elektroner och två anti-neutrinoer. Det har observerats för vissa kärnor som 76Ge, där enkel beta -förfall inte är möjlig. Elektronerna och anti-neutrinerna lämnar kärnan, bara elektronerna kan detekteras. I 0νββ -förfall, inga neutriner lämnar kärnan och summan av elektronernas energier är identisk med den välkända energifrigörningen av förfallet. Mätning av exakt denna energi är den främsta signaturen för 0νββ -förfall.

På grund av vikten av 0νββ -förfall för att avslöja karaktären hos neutrinoer och ny fysik, Det finns cirka ett dussin experiment världen över med olika tekniker och isotoper. GERDA -experimentet är ett av de ledande experimenten på området, genomförs av ett europeiskt samarbete. Det ligger i den underjordiska Laboratori Nazionali del Gran Sasso från den italienska forskningsorganisationen INFN.

GERDA använder germaniumdetektorer med hög renhet berikade i isotopen 76Ge. Eftersom germanium är källa och detektor samtidigt, en kompakt installation med minimalt med extra material kan realiseras vilket leder till låg bakgrund och hög detekteringseffektivitet. Den utmärkta energiopplösningen för germaniumdetektorer och de nya experimentella teknikerna som utvecklats av GERDA -samarbetet ger oöverträffat undertryckande av störande händelser från andra radioaktiva sönderfall (bakgrundshändelser). Eftersom förfallet 0νββ har en halveringstid har många storleksordningar längre än universums ålder, minskningen av bakgrundshändelser är mest avgörande för känsligheten.

De nakna germaniumdetektorerna drivs på 64 m ³ av flytande argon vid en temperatur av -190 grader Celsius. Själva argonbehållaren är inuti en 590 m ³ tank fylld med rent vatten som i sin tur skyddas av berget Gran Sasso mot kosmiska strålar. Det använda argonet och vattnet är extremt rena i uran och torium; vätskorna fungerar som ytterligare skydd för naturlig radioaktivitet från omgivningen. Deras instrumentering ger ytterligare medel för bakgrundsidentifiering.

De nya teknikerna som används av GERDA minskade antalet bakgrundshändelser på ett sådant sätt, att det nu är det första "bakgrundsfria" experimentet på området. Inga 0νββ-förfall har observerats under de första fem månaderna av datatagning och en lägre halveringstid på 5x10 ²⁵ år härleddes. Fram till slutet av datatagningen 2019 ska ingen bakgrundshändelse lämnas i energiområdet där 0νββ -signalen förväntas och en känslighet på 10 ²⁶ år nås. Detta gör GERDA bäst lämpad för att upptäcka en signal, vilket skulle manifestera sig genom ett litet antal händelser vid signalenergin.