Search for the in-situ production of $$^{77}$$Ge in the GERDA neutrinoless double-beta decay experiment
2025-07-26

Abstract The beta decay of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mmultiscripts> <mml:mrow/> <mml:mrow/> <mml:mn>77</mml:mn> </mml:mmultiscripts> </mml:math> Ge and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mmultiscripts> <mml:mrow/> <mml:mrow/> <mml:mrow> <mml:mn>77</mml:mn> <mml:mtext>m</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:mmultiscripts> </mml:math> Ge, both produced by neutron capture on <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mmultiscripts> <mml:mrow/> <mml:mrow/> <mml:mn>76</mml:mn> </mml:mmultiscripts> </mml:math> Ge, is a potential background for Germanium based neutrinoless double-beta decay search experiments such as GERDA or the LEGEND experiment. In this work we present a search for <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mmultiscripts> <mml:mrow/> <mml:mrow/> <mml:mn>77</mml:mn> </mml:mmultiscripts> </mml:math> Ge decays in the full GERDA Phase II data set. A delayed coincidence method was employed to identify the decay of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mmultiscripts> <mml:mrow/> <mml:mrow/> <mml:mn>77</mml:mn> </mml:mmultiscripts> </mml:math> Ge via the isomeric state of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mmultiscripts> <mml:mrow/> <mml:mrow/> <mml:mn>77</mml:mn> </mml:mmultiscripts> </mml:math> As ( <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>9</mml:mn> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mo>+</mml:mo> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> , <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>475</mml:mn> <mml:mspace/> <mml:mtext>keV</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:math> , <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>T</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>114</mml:mn> <mml:mspace/> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mtext>s</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:math> , <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mmultiscripts> <mml:mrow/> <mml:mrow/> <mml:mrow> <mml:mn>77</mml:mn> <mml:mtext>m</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:mmultiscripts> </mml:math> As). New digital signal processing methods were employed to select and analyze pile-up signals. No signal was observed, and an upper limit on the production rate of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mmultiscripts> <mml:mrow/> <mml:mrow/> <mml:mn>77</mml:mn> </mml:mmultiscripts> </mml:math> Ge was set at <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mo>&lt;</mml:mo> <mml:mn>0.216</mml:mn> </mml:mrow> </mml:math> nuc/(kg <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mo>·</mml:mo> </mml:math> yr) (90% CL). This corresponds to a total production rate of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mmultiscripts> <mml:mrow/> <mml:mrow/> <mml:mn>77</mml:mn> </mml:mmultiscripts> </mml:math> Ge and <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">