Waarom is er meer materie dan antimaterie in het heelal? De reden kan verborgen zijn in de aard van neutrino's:een van de theoretische modellen die de voorkeur hebben, gaat ervan uit, dat deze elementaire deeltjes identiek waren aan hun eigen antideeltjes. Dit zou op zijn beurt leiden tot een uiterst zeldzaam nucleair vervalproces, het neutrinoloze dubbel-bèta-verval (0νββ). Het experiment GERDA heeft nu een zeer belangrijke verbetering bereikt in het zoeken naar 0νββ-verval door de verstoringen (achtergrond) tot een ongekend laag niveau te verminderen, waardoor het het eerste "achtergrondvrije" experiment in het veld is. Deze prestatie wordt gerapporteerd in de recente Natuur artikel verschijnt op 6 april, 2017.

Neutrino's zijn spookachtige deeltjes die buitengewoon moeilijk te detecteren zijn. Ze spelen een centrale rol in hoe de zon verbrandt, hoe supernova's exploderen en hoe elementen worden gevormd tijdens de oerknal. Het bepalen van hun eigenschappen heeft ons begrip van elementaire deeltjes aanzienlijk verbeterd, het best gedocumenteerd door het feit dat tot nu toe vier Nobelprijzen zijn toegekend aan neutrino-gerelateerd onderzoek. Een fundamentele eigenschap is nog onbekend:zijn neutrino's Majorana-deeltjes, d.w.z. identiek aan hun eigen antideeltjes? In dat geval zal er 0νββ verval bestaan. Sterke theoretische argumenten pleiten voor deze mogelijkheid en de bovengenoemde afwezigheid van antimaterie in ons universum houdt waarschijnlijk verband met het Majorana-karakter van neutrino's.

"Normaal" dubbel bètaverval is een toegestaan ​​zeldzaam proces waarbij twee neutronen in een kern gelijktijdig vervallen in twee protonen, twee elektronen en twee anti-neutrino's. Het is waargenomen voor sommige kernen zoals 76Ge, waarbij enkel bètaverval niet mogelijk is. De elektronen en anti-neutrino's verlaten de kern, alleen de elektronen kunnen worden gedetecteerd. In 0νββ verval, geen neutrino's verlaten de kern en de som van de energieën van de elektronen is identiek aan de bekende energieafgifte van het verval. Het meten van precies deze energie is de belangrijkste handtekening voor 0νββ-verval.

Vanwege het belang van 0νββ-verval bij het onthullen van het karakter van neutrino's en nieuwe fysica, er zijn wereldwijd een tiental experimenten met verschillende technieken en isotopen. Het GERDA-experiment is een van de toonaangevende experimenten in het veld, uitgevoerd door een Europese samenwerking. Het bevindt zich in het ondergrondse Laboratori Nazionali del Gran Sasso van de Italiaanse onderzoeksorganisatie INFN.

GERDA maakt gebruik van zeer zuivere germaniumdetectoren die zijn verrijkt met de isotoop 76Ge. Aangezien het germanium tegelijkertijd bron en detector is, een compacte opstelling met minimale extra materialen kan worden gerealiseerd, wat leidt tot lage achtergronden en een hoge detectie-efficiëntie. De uitstekende energieresolutie van germaniumdetectoren en de nieuwe experimentele technieken ontwikkeld door de GERDA-samenwerking zorgen voor een ongekende onderdrukking van storende gebeurtenissen van ander radioactief verval (achtergrondgebeurtenissen). Aangezien het verval van 0νββ een halfwaardetijd heeft die vele orden van grootte langer is dan de leeftijd van het heelal, de reductie van achtergrondgebeurtenissen is het meest cruciaal voor de gevoeligheid.

De kale germaniumdetectoren werken in 64 m ³ van vloeibaar argon bij een temperatuur van -190 graden Celsius. De argoncontainer zelf bevindt zich in een 590 m ³ tank gevuld met zuiver water dat op zijn beurt wordt afgeschermd door de berg Gran Sasso tegen kosmische straling. Het gebruikte argon en water zijn uiterst zuiver in uranium en thorium; de vloeistoffen fungeren als verder schild voor natuurlijke radioactiviteit uit de omgeving. Hun instrumentatie biedt extra middelen voor achtergrondidentificatie.

De nieuwe technieken die door GERDA worden gebruikt, hebben het aantal achtergrondgebeurtenissen op zo'n manier verminderd, dat het nu het eerste "achtergrondvrije" experiment in het veld is. Er zijn geen 0νββ-verval waargenomen tijdens de eerste vijf maanden van het nemen van gegevens en een lagere halfwaardetijd van 5x10 ²⁵ jr is afgeleid. Tot het einde van de gegevensopname in 2019 mag er geen achtergrondgebeurtenis worden achtergelaten in het energiegebied waar het 0νββ-signaal wordt verwacht en een gevoeligheid van 10 ²⁶ jr zal worden bereikt. Dit maakt GERDA het meest geschikt om een ​​signaal te ontdekken, die zich zou manifesteren door een klein aantal gebeurtenissen bij de signaalenergie.