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Two-neutrino double electron capture is a rare nuclear decay where two electrons are simultaneously captured from the atomic shell. For Xe124 this process has not yet been observed and its detection would provide a new reference for nuclear matrix element calculations. We have conducted a search for two-neutrino double electron capture from the K shell of Xe124 using 7636 kgd of data from the XENON100 dark matter detector. Using a Bayesian analysis we observed no significant excess above background, leading to a lower 90% credibility limit on the half-life T1/2>6.5×1020 yr. We have also evaluated the sensitivity of the XENON1T experiment, which is currently being commissioned, and found a sensitivity of T1/2>6.1×1022 yr after an exposure of 2 tyr.

Search for two-neutrino double electron capture of Xe 124 with XENON100 / Aprile, E.; Aalbers, J.; Agostini, F.; Alfonsi, M.; Amaro, F.D.; Anthony, M.; Arneodo, F.; Barrow, P.; Baudis, L.; Bauermeister, B.; Benabderrahmane, M.L.; Berger, T.; Breur, P.A.; Brown, A.; Brown, E.; Bruenner, S.; Bruno, G.; Budnik, R.; Bütikofer, L.; Calvén, J.; Cardoso, J.M.R.; Cervantes, M.; Cichon, D.; Coderre, D.; Colijn, A.P.; Conrad, J.; Cussonneau, J.P.; Decowski, M.P.; De Perio, P.; Di Gangi, P.; Di Giovanni, A.; Diglio, S.; Duchovni, E.; Fei, J.; Ferella, A.D.; Fieguth, A.; Franco, D.; Fulgione, W.; Gallo Rosso, A.; Galloway, M.; Gao, F.; Garbini, M.; Geis, C.; Goetzke, L.W.; Greene, Z.; Grignon, C.; Hasterok, C.; Hogenbirk, E.; Itay, R.; Kaminsky, B.; Kessler, G.; Kish, A.; Landsman, H.; Lang, R.F.; Lellouch, D.; Levinson, L.; Le Calloch, M.; Levy, C.; Lin, Q.; Lindemann, S.; Lindner, M.; Lopes, J.A.M.; Manfredini, A.; Marrodán Undagoitia, T.; Masbou, J.; Massoli, F.V.; Masson, D.; Mayani, D.; Meng, Y.; Messina, M.; Micheneau, K.; Miguez, B.; Molinario, A.; Murra, M.; Naganoma, J.; Ni, K.; Oberlack, U.; Orrigo, S.E.A.; Pakarha, P.; Pelssers, B.; Persiani, R.; Piastra, F.; Pienaar, J.; Piro, M.-C.; Plante, G.; Priel, N.; Rauch, L.; Reichard, S.; Reuter, C.; Rizzo, A.; Rosendahl, S.; Rupp, N.; Dos Santos, J.M.F.; Sartorelli, G.; Scheibelhut, M.; Schindler, S.; Schreiner, J.; Schumann, M.; Scotto Lavina, L.; Selvi, M.; Shagin, P.; Silva, M.; Simgen, H.; Sivers, M.V.; Stein, A.; Thers, D.; Tiseni, A.; Trinchero, G.; Tunnell, C.D.; Wall, R.; Wang, H.; Weber, M.; Wei, Y.; Weinheimer, C.; Wulf, J.; Zhang, Y.. - In: PHYSICAL REVIEW C. - ISSN 2469-9985. - ELETTRONICO. - 95:2(2017), pp. 024605.1-024605.6. [10.1103/PhysRevC.95.024605]

Search for two-neutrino double electron capture of Xe 124 with XENON100

DI GANGI, PIETRO;Garbini, M.;MASSOLI, FABIO VALERIO;SARTORELLI, GABRIELLA;SELVI, MARCO;
2017

Abstract

Two-neutrino double electron capture is a rare nuclear decay where two electrons are simultaneously captured from the atomic shell. For Xe124 this process has not yet been observed and its detection would provide a new reference for nuclear matrix element calculations. We have conducted a search for two-neutrino double electron capture from the K shell of Xe124 using 7636 kgd of data from the XENON100 dark matter detector. Using a Bayesian analysis we observed no significant excess above background, leading to a lower 90% credibility limit on the half-life T1/2>6.5×1020 yr. We have also evaluated the sensitivity of the XENON1T experiment, which is currently being commissioned, and found a sensitivity of T1/2>6.1×1022 yr after an exposure of 2 tyr.
2017
Search for two-neutrino double electron capture of Xe 124 with XENON100 / Aprile, E.; Aalbers, J.; Agostini, F.; Alfonsi, M.; Amaro, F.D.; Anthony, M.; Arneodo, F.; Barrow, P.; Baudis, L.; Bauermeister, B.; Benabderrahmane, M.L.; Berger, T.; Breur, P.A.; Brown, A.; Brown, E.; Bruenner, S.; Bruno, G.; Budnik, R.; Bütikofer, L.; Calvén, J.; Cardoso, J.M.R.; Cervantes, M.; Cichon, D.; Coderre, D.; Colijn, A.P.; Conrad, J.; Cussonneau, J.P.; Decowski, M.P.; De Perio, P.; Di Gangi, P.; Di Giovanni, A.; Diglio, S.; Duchovni, E.; Fei, J.; Ferella, A.D.; Fieguth, A.; Franco, D.; Fulgione, W.; Gallo Rosso, A.; Galloway, M.; Gao, F.; Garbini, M.; Geis, C.; Goetzke, L.W.; Greene, Z.; Grignon, C.; Hasterok, C.; Hogenbirk, E.; Itay, R.; Kaminsky, B.; Kessler, G.; Kish, A.; Landsman, H.; Lang, R.F.; Lellouch, D.; Levinson, L.; Le Calloch, M.; Levy, C.; Lin, Q.; Lindemann, S.; Lindner, M.; Lopes, J.A.M.; Manfredini, A.; Marrodán Undagoitia, T.; Masbou, J.; Massoli, F.V.; Masson, D.; Mayani, D.; Meng, Y.; Messina, M.; Micheneau, K.; Miguez, B.; Molinario, A.; Murra, M.; Naganoma, J.; Ni, K.; Oberlack, U.; Orrigo, S.E.A.; Pakarha, P.; Pelssers, B.; Persiani, R.; Piastra, F.; Pienaar, J.; Piro, M.-C.; Plante, G.; Priel, N.; Rauch, L.; Reichard, S.; Reuter, C.; Rizzo, A.; Rosendahl, S.; Rupp, N.; Dos Santos, J.M.F.; Sartorelli, G.; Scheibelhut, M.; Schindler, S.; Schreiner, J.; Schumann, M.; Scotto Lavina, L.; Selvi, M.; Shagin, P.; Silva, M.; Simgen, H.; Sivers, M.V.; Stein, A.; Thers, D.; Tiseni, A.; Trinchero, G.; Tunnell, C.D.; Wall, R.; Wang, H.; Weber, M.; Wei, Y.; Weinheimer, C.; Wulf, J.; Zhang, Y.. - In: PHYSICAL REVIEW C. - ISSN 2469-9985. - ELETTRONICO. - 95:2(2017), pp. 024605.1-024605.6. [10.1103/PhysRevC.95.024605]
Aprile, E.; Aalbers, J.; Agostini, F.; Alfonsi, M.; Amaro, F.D.; Anthony, M.; Arneodo, F.; Barrow, P.; Baudis, L.; Bauermeister, B.; Benabderrahmane, M.L.; Berger, T.; Breur, P.A.; Brown, A.; Brown, E.; Bruenner, S.; Bruno, G.; Budnik, R.; Bütikofer, L.; Calvén, J.; Cardoso, J.M.R.; Cervantes, M.; Cichon, D.; Coderre, D.; Colijn, A.P.; Conrad, J.; Cussonneau, J.P.; Decowski, M.P.; De Perio, P.; Di Gangi, P.; Di Giovanni, A.; Diglio, S.; Duchovni, E.; Fei, J.; Ferella, A.D.; Fieguth, A.; Franco, D.; Fulgione, W.; Gallo Rosso, A.; Galloway, M.; Gao, F.; Garbini, M.; Geis, C.; Goetzke, L.W.; Greene, Z.; Grignon, C.; Hasterok, C.; Hogenbirk, E.; Itay, R.; Kaminsky, B.; Kessler, G.; Kish, A.; Landsman, H.; Lang, R.F.; Lellouch, D.; Levinson, L.; Le Calloch, M.; Levy, C.; Lin, Q.; Lindemann, S.; Lindner, M.; Lopes, J.A.M.; Manfredini, A.; Marrodán Undagoitia, T.; Masbou, J.; Massoli, F.V.; Masson, D.; Mayani, D.; Meng, Y.; Messina, M.; Micheneau, K.; Miguez, B.; Molinario, A.; Murra, M.; Naganoma, J.; Ni, K.; Oberlack, U.; Orrigo, S.E.A.; Pakarha, P.; Pelssers, B.; Persiani, R.; Piastra, F.; Pienaar, J.; Piro, M.-C.; Plante, G.; Priel, N.; Rauch, L.; Reichard, S.; Reuter, C.; Rizzo, A.; Rosendahl, S.; Rupp, N.; Dos Santos, J.M.F.; Sartorelli, G.; Scheibelhut, M.; Schindler, S.; Schreiner, J.; Schumann, M.; Scotto Lavina, L.; Selvi, M.; Shagin, P.; Silva, M.; Simgen, H.; Sivers, M.V.; Stein, A.; Thers, D.; Tiseni, A.; Trinchero, G.; Tunnell, C.D.; Wall, R.; Wang, H.; Weber, M.; Wei, Y.; Weinheimer, C.; Wulf, J.; Zhang, Y.
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