Perché c'è più materia che antimateria nell'universo? La ragione potrebbe essere nascosta nella natura del neutrino:uno dei modelli teorici preferiti assume, che queste particelle elementari erano identiche alle proprie antiparticelle. Questo a sua volta porterebbe a un processo di decadimento nucleare estremamente raro, il decadimento doppio beta senza neutrini (0νββ). L'esperimento GERDA ha ora raggiunto un importantissimo miglioramento nella ricerca del decadimento 0νββ riducendo i disturbi (di fondo) a un livello basso senza precedenti, rendendolo il primo esperimento "senza sfondo" sul campo. Questo risultato è riportato nel recente Natura articolo apparso il 6 aprile, 2017.

I neutrini sono particelle spettrali estremamente difficili da rilevare. Svolgono un ruolo centrale nel modo in cui il sole brucia, come esplodono le supernove e come si formano gli elementi durante il big bang. La determinazione delle loro proprietà ha notevolmente migliorato la nostra comprensione delle particelle elementari, meglio documentato dal fatto che finora sono stati assegnati quattro premi Nobel alla ricerca relativa ai neutrini. Una proprietà fondamentale è ancora sconosciuta:i neutrini sono particelle di Majorana, cioè identici alle proprie antiparticelle? In tal caso esisterà il decadimento 0νββ. Forti argomentazioni teoriche favoriscono questa possibilità e la suddetta assenza di antimateria nel nostro universo è verosimilmente collegata al carattere di Majorana dei neutrini.

Il decadimento doppio beta "normale" è un processo raro consentito in cui due neutroni in un nucleo decadono simultaneamente in due protoni, due elettroni e due antineutrini. È stato osservato per alcuni nuclei come 76Ge, dove il decadimento beta singolo non è possibile. Gli elettroni e gli antineutrini lasciano il nucleo, solo gli elettroni possono essere rilevati. Nel decadimento 0νββ, nessun neutrino esce dal nucleo e la somma delle energie degli elettroni è identica al ben noto rilascio energetico del decadimento. La misurazione di esattamente questa energia è la firma principale per il decadimento 0νββ.

A causa dell'importanza del decadimento 0νββ nel rivelare il carattere dei neutrini e della nuova fisica, ci sono circa una dozzina di esperimenti in tutto il mondo che utilizzano diverse tecniche e isotopi. L'esperimento GERDA è uno dei principali esperimenti nel campo, condotta da una Collaborazione Europea. Si trova nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso sotterranei dell'ente di ricerca italiano INFN.

GERDA utilizza rivelatori al germanio di elevata purezza arricchiti nell'isotopo 76Ge. Poiché il germanio è sorgente e rivelatore allo stesso tempo, una configurazione compatta con materiali aggiuntivi minimi può essere realizzata portando a bassi sfondi e ad alta efficienza di rilevamento. L'eccellente risoluzione energetica dei rivelatori al germanio e le nuove tecniche sperimentali sviluppate dalla collaborazione GERDA forniscono una soppressione senza precedenti di eventi di disturbo da altri decadimenti radioattivi (eventi di fondo). Poiché il decadimento 0νββ ha un tempo di dimezzamento di molti ordini di grandezza più lungo dell'età dell'universo, la riduzione degli eventi di fondo è cruciale per la sensibilità.

I rivelatori al germanio nudo funzionano in 64 m ³ di argon liquido ad una temperatura di -190 gradi Celsius. Il contenitore di argon stesso si trova all'interno di un 590 m ³ vasca piena di acqua pura che a sua volta è protetta dal Gran Sasso dai raggi cosmici. L'argon e l'acqua utilizzati sono estremamente puri in uranio e torio; i liquidi fungono da ulteriore scudo per la radioattività naturale dall'ambiente circostante. La loro strumentazione fornisce ulteriori mezzi di identificazione del background.

Le nuove tecniche impiegate da GERDA hanno ridotto il numero di eventi di fondo in modo tale, che ora è il primo esperimento "senza sfondo" sul campo. Non sono stati osservati decadimenti 0νββ durante i primi cinque mesi di acquisizione dei dati e un limite di emivita inferiore di 5x10 ²⁵ anno è stato derivato. Fino alla fine dell'acquisizione dei dati nel 2019, nessun evento di fondo dovrebbe essere lasciato nella regione energetica in cui è previsto il segnale 0νββ e una sensibilità di 10 ²⁶ anno sarà raggiunto. Questo rende GERDA più adatto a scoprire un segnale, che si manifesterebbe con un piccolo numero di eventi all'energia del segnale.