Neutrinoless double beta decay sensitivity of the XLZD rare event observatory

作者：J. Aalbers, K. Abe, Miquel Adrover, S. Ahmed Maouloud, D. S. Akerib, A. K. Al Musalhi, F. Alder, L. Althueser, D. W. P. Amaral, C. S. Amarasinghe, A. Ames, B. Andrieu, N. Angelides, E. Angelino, B. Antunović, E Aprile, H. M. Araújo, J E Armstrong, M. Arthurs, M. Babicz, Alexander A. Baker, M Balzer, J. Bang, E. L. Barberio, J. W. Bargemann, E. E. Barillier, A. Basharina-Freshville, L Baudis, D. Bauer, M. Bazyk, K. Beattie, N. Beaupère, Nicole F. Bell, L. Bellagamba, T.M. Benson, A. Bhatti, T. P. Biesiadzinski, R. Biondi, Y. Biondi, H. J. Birch, Erin Bishop, A. Bismark, C Boehm, K Boese, A. E. Bolotnikov, P. Brás, Róbert Braun, A. Breskin, C. Brew, S. Brommer, A. M. Brown, G. Bruni, R. Budnik, S. Burdin, Ce Cai, C. Capelli, G. Carini, M. C. Carmona-Benitez, M. D. Carter, A. Chauvin, A. Chawla, H. Chen, J. J. Cherwinka, Y. T. Chin, N. Chott, A. P. Cimental Chávez, K. Clark, A. P. Colijn, D. Colling, J. M. Conrad, M. V. Converse, Ruben Coronel, D. Costanzo, A. Cottle, G. A. Cox, J. J. Cuenca-García, D. Curran, D. Cussans, V. D’Andrea, L. C. Daniel Garcia, I Darlington, Sandeep S. Davé, A. David, G.J. Davies, M. P. Decowski, A. Deisting, John M. DelGaudio, Sourav Dey, C. Di Donato, L. Di Felice, P. Di Gangi, S. Diglio, C Ding, J. E. Y. Dobson, M Doerenkamp, G. Drexlin, E. Druszkiewicz, C. L. Dunbar, K. Eitel, A. Elykov, R. Engel, S. R. Eriksen, Simon Fayer, N. M. Fearon, A. D. Ferella, C. Ferrari, N. Fieldhouse, H. Fischer, H. Flaecher, T Flehmke, M. Flierman, E. D. Fraser, T. Fruth, Kazuo Fujikawa, W. Fulgione, C. Fuselli, P. Gaemers, R. Gaïor, R. J. Gaitskell, N. Gallice, M. Galloway, F. Gao, N. Garroum, A. Geffre, J. Genovesi, C. Ghag, S. Ghosh, R Giacomobono, R. Gibbons, F. Girard, R. Glade-Beucke, F. Glück, S. Gokhale, L. Grandi, J Green, J. Grigat, M. G. D. van der Grinten, R Größle, H Guan, M. Guida, P Gyorgy, J. J. Haiston, C. Hall, T. A. Hall, R. Hammann, V. Hannen, S Hansmann-Menzemer, N Hargittai, E. Hartigan-O’Connor, S. J. Haselschwardt, M Hernandez, S. A. Hertel, A. Higuera, C Hils, Kenzo Hiraoka, L Hoetzsch, Martin Hoferichter, G. J. Homenides, N. F. Hood, M. Horn, D. Q. Huang, S. M. Hughes, Donald F. Hunt, M. Iacovacci, Y Itow, E. Jacquet, J. Jakob, R. S. James, F Joerg, SD Jones, A. C. Kaboth, F Kahlert, A. Kamaha, Y Kaminaga, M. Kara, P. Kavrigin, S. Kazama, Marius Keller, P Kemp-Russell, D. Khaitan, P Kharbanda, B. Kilminster, Jaebak Kim, R. L. Kirk, M. Kleifges, M. Klute, M. Kobayashi, D. Kodroff, D Koke, A. Kopec, E. V. Korolkova, H. Kraus, S. Kravitz, L. Kreczko, B. von Krosigk, V. A. Kudryavtsev, F. Kuger, N. Kurita, H. Landsman, R. F. Lang, C Lawes, S. W. Lee, B. Lehnert, D. S. Leonard, K. T. Lesko, L. J. Levinson, A. Li, I. Li, S. Li, S. Li, Z Liang, J. Lin, Y-T Lin, S Lindemann, Stefanie C. Linden, M. Lindner, A. Lindote, W. H. Lippincott, K. Liu, J. Loizeau, F. Lombardi, J. A. M. Lopes, I. Lopes, W. Lorenzon, M Loutit, C. Lü, Gianluca Lucchetti, T.C. Luce, S. Luitz, Y. Ma, C. Macolino, J. Mahlstedt, B Maier, P. A. Majewski, A. Manalaysay, A. Mancuso, L. Manenti, R. L. Mannino, F Marignetti, Tom Marley, T. Marrodán Undagoitia, K Martens, J. Masbou, E. Masson, S. Mastroianni, C. Maupin, Christopher McCabe, M. E. McCarthy, D. N. McKinsey, J. Lin, A Melchiorre, J. Menéndez, M. Messina, Eric Haynes Miller, B Milosovic, S. Milutinovic, K. Miuchi, Rie Miyata, E. Mizrachi, A. Molinario, C. M. B. Monteiro, M. E. Monzani, K Morå, S Moriyama, E. Morrison, E. Morteau, Y. Mosbacher, B. J. Mount, J. Müller, M. Murdy, A. St. J. Murphy, M. Murra, A. Naylor, H. N. Nelson, F. Neves, Jayden L. Newstead, Anh Thu Nguyen, Kaixiang Ni, Ciaran A. J. O’Hare, U Oberlack, M Obradović, I. Olcina, K. C. Oliver-Mallory, G. D. Orebi Gann, J. Orpwood, S Ouahada, K. Y. Oyulmaz, B. Paetsch, K. J. Palladino, J. D. Palmer, Y. Pan, M. Pandurović, N. J. Pannifer, S. Paramesvaran, Simon Patton, Q. Pellegrini, B. Penning, G Pereira, R Peres, E Perry, T. Pershing, F. Piastra, J. Pienaar, A. Piepke, M. Pierre, G. Plante, T. R. Pollmann, L Principe, Jing-Zhao Qi, Ke Qiao, Y. Qie, J. Qin, S Radeka, V. Radeka, M Rajado, D. Ramírez García, A. Ravindran, A. Razeto, J. Reichenbacher, C. A. Rhyne, A. Richards, G. R. C. Rischbieter, H. S. Riyat, R. Rosero, A. Roy, T. Rushton, D. Rynders, R. Saakyan, L Sanchez, P. Sánchez-Lucas, D. Santone, J.M.F. dos Santos, G. Sartorelli, A. B. M. R. Sazzad, Andre Scaffidi, R. W. Schnee, J. Schreiner, P. Schulte, H. Schulze Eißing, M. Schümann, A Schwenck, A. Schwenk, L. Scotto Lavina, M. Selvi, F. Semeria, P. Shagin, S. Sharma, S. Shaw, Wei Shen, L Sherman, S. Shi, S. Y. Shi, T. Shimada, T. Shutt, J. J. Silk, C. Silva, H. Simgen, G. Sinev, R. Singh, J. Siniscalco, M. Solmaz, V. N. Solovov, Z. Song, P. Sørensen, J. Soria, Matthew Stanley, M. Steidl, T Stenhouse, A. Stevens, K. Stifter, T. J. Sumner, A. Takeda, P.-L. Tan, D. J. Taylor, WC Taylor, D. Thers, T. Thümmler, D. R. Tiedt, F. Tönnies, Z Tong, F Toschi, D. R. Tovey, Jemima Tranter, M. Trask, G. Trinchero, M. Tripathi, D. R. Tronstad, Roberto Trotta, C. Tunnell, P. Urquijo, A. Usón, M Utoyama, Audrius Vaitkus, O. Valentino, K. Valerius, S. Vecchi, V. Velan, S Vetter, L. de Viveiros, G. Volta, D. Vorkapic, Andrew Wang, J J Wang, Yifang Wang, D. Waters, K. M. Weerman, C. Weinheimer, M. Weiss, D Wenz, T. J. Whitis, K. Wild, M. Williams, Matthew A. Wilson, Samuel T. Wilson, C. Wittweg, Joachim Wolf, F. L. H. Wolfs, S. Woodford, D. Woodward, M. Worcester, Chris J. Wright, V. H. S. Wu, S. Wüstling, M. Wurm, Q. Xia, Y. Xing, D. Xu, Jilei Xu, Y. Xu, Z. Xu, M. Yamashita, Liuqingying Yang, Ye J, M. Yeh, B. Yu, G. Zavattini, W. Zha, M Zhong, Κ. Zuber · 发表于：Journal of Physics G Nuclear and Particle Physics · 年份：2025 · DOI：10.1088/1361-6471/adb900 · 被引用次数：10 · 研究领域：Neutrino Physics Research、Particle physics theoretical and experimental studies、Dark Matter and Cosmic Phenomena

Abstract The XLZD collaboration is developing a two-phase xenon time projection chamber with an active mass of 60–80 t capable of probing the remaining weakly interacting massive particle-nucleon interaction parameter space down to the so-called neutrino fog. In this work we show that, based on the performance of currently operating detectors using the same technology and a realistic reduction of radioactivity in detector materials, such an experiment will also be able to competitively search for neutrinoless double beta decay in 136 Xe using a natural-abundance xenon target. XLZD can reach a 3 σ discovery potential half-life of 5.7 × 10 27 years (and a 90% CL exclusion of 1.3 × 10 28 years) with 10 years of data taking, corresponding to a Majorana mass range of 7.3–31.3 meV (4.8–20.5 meV). XLZD will thus exclude the inverted neutrino mass ordering parameter space and will start to probe the normal ordering region for most of the nuclear matrix elements commonly considered by the community.