Lo studio del decadimento doppio beta senza neutrini premette di rispondere alla domanda ancora aperta se il neutrino sia in realtà una particella di Majorana, come molte teorie di estensione del Modello Standard assumono. Le potenzialità di questo metodo di indagine sono cresciute in maniera considerevole negli ultimi anni dal momento che l'esistenza di una massa non nulla per i neutrini è stata stabilita da esperimenti sulle oscillazioni di sapore.
In effetti, l'osservazione del decadimento doppio beta senza neutrini non solo stabilirebbe la natura di Majorana del neutrino, ma fornirebbe anche una misura della sua massa effettiva.

Gli esperimenti più sensibili sul decadimento doppio beta, Heidelberg-Moscow e IGEX, hanno usato il ⁷⁶Ge come sorgente e rivelatore e hanno raggiunto sensitività dell'ordine di 0.3 eV per quanto riguarda la massa effettiva del neutrino. Entrambe le collaborazioni hanno inoltre fornito lo stesso limite superiore sulla vita media di questo decadimento di 1.6 · 10²⁵ y, che corrisponde a un intervallo di massa tra 0.33 e 1.3 eV. Il gruppo del prof. Klapdor-Kleingrothaus (Heidelberg-Moscow experiment) ha recentemente annunciato di aver osservato un numero di eventi in eccesso di 4 sigma rispetto al fondo, ad una energia prossima a quella attesa per il decadimento doppio beta senza neutrini del ⁷⁶Ge. Il valore fornito per la massa del neutrino è compreso in un intervallo da 0.2 eV a 0.6 eV. Al momento nessun altro esperimento può confermare o smentire questo risultato.

Esperimenti sul decadimento doppio beta attualmente in corso, come CUORICINO e NEMO, possono raggiungere una regione di sensibilità intorno a 0.3 eV in pochi anni, usando altri nuclei come sorgente. Questi esperimenti possono confermare l'attuale evidenza con una simile significatività ma non possono confutarla per via delle incertezze nel rapporto degli elementi di matrice nucleari. E' chiaro dunque che un esperimento con il ⁷⁶Ge in grado di confermare il risultato dell'esperimento Heidelberg-Moscow con alta significatività, o di spingere il limite sulla massa del neutrino al di sotto di quello corrente di 0.3 eV (importante anche dal punto di vista cosmologico) sarebbe di grade rilevanza scientifica.

L'esperimento GERDA prevede l'istallazione ai LNGS di una struttura dove rivelatori a germanio arricchiti nell'isotopo ⁷⁶Ge saranno messi in funzione all'interno in un fluido criogenico che servirà allo stesso tempo come mezzo di raffreddamento e schermo.

Lo scopo dell'esperimento è duplice: esso investigherà l'esistenza del decadimento doppio beta senza neutrini del ⁷⁶Ge con una sensibilità di T_1/2> 10²⁶ y (livello di confidenza 90%), che corrisponde a una massa effettiva del neutrino compresa tra 0.09 e 0.20 eV, in tre anni. In questo modo verrà testato con maggiore significatività statistica il recente annuncio di evidenza del decadimento doppio beta senza neutrini del ⁷⁶Ge. A questo scopo verranno usati rivelatori a germanio arricchiti già esistenti e provenienti dagli esperimenti Heidelberg-Moscow, oltre a rivelatori di nuova costruzione. GERDA costituirà anche una "low level facility" di tipo pioneristico, che servirà a dimostrare la possibilità di ridurre il fondo di questo tipo di esperimenti di 2-3 ordini di grandezza rispetto al livello attualmente raggiungibile. Questo sarà senza dubbio un passo importante e necessario verso un definitivo esperimento sul decadimento doppio beta che voglia raggiungere una sensibilità intorno a 10 meV sulla massa effettiva del neutrino.

Il disegno di base per la struttura di GERDA prevede uno schermo di 2m di azoto liquido, contenuto in un criostato di rame e circondato a sua volta da 3m di acqua ultra pura. L'azoto liquido serve a schermare la bassa attività residua proveniente dalle pareti del criostato. Lo schermo d'acqua serve come complemento contro l'attività della roccia e del cemento, nonchè come schermo contro i neutroni. Una camera pulita e un sofisticato sistema di chiusura e sospensione in cima al criostato permetterà di inserire e rimuovere i rivelatori senza introdurre ulteriori contaminazioni all'interno. Il sistema di purificazione e manipolazione dei gas beneficierà della notevole esperienza acquisita nell'esperimento BOREXINO.

L'esperimento GERDA procederà attraverso più fasi. La prima fase riguarda l'istallazione del criostato e dello schermo, la messa in funzione di rivelatori a germanio convenzionali per determinare la riduzione del fondo e per classificare i materiali e identificare le loro contaminazioni attraverso gli spettri e infine l'istallazione di 20 kg di rivelatori a germanio arricchiti, usati in passato dagli esperimenti Heidelberg-Moscow e IGEX. In un anno di misura, la sensibilità dell'esperimento permetterà di dare una risposta riguardo al decadimento doppio beta senza neutrini del ⁷⁶Ge con una vita media di 1.2 · 10²⁵ y, come recentemente indicato. In parallelo con la presa dati di questa fase, saranno studiate e implementate tecniche per migliorare la produzione di rivelatori a germanio arricchiti, che dovranno essere usati nella seconda fase. Un'enfasi particolare sarà data alla minimizzazione dell'attivazione cosmogenica dei rivelatori, riducendo la loro esposizione in superficie ed eventualmente spostando alcune fasi della loro produzione in strutture sotterranee. Indipendentemente dal risultato della prima fase di misura, sarebbe auspicabile produrre e mettere in funzione un certo numero di nuovi rivelatori.

Alla fine della fase II, con 100 kg di rivelatori, la sensibilità dell'esperimento sarà di T_1/2> 2 · 10²⁶ y (90% livello di confidenza), corrispondente a una massa del neutrino compresa tra 0.09 e 0.29 eV. Un esperimento definitivo capace di raggiungere l'ambizioso limite di 10 meV richiederà almeno 500 kg di germanio arricchito e rappresenterà un passo enorme che potrà essere affrontato e sostenuto nel contesto di una collaborazione mondiale.