1. 1
Andrey Golutvin
Imperial College London

2.  Зачем нужен эксперимент SHIP ?
 Как устроен детектор и что он должен измерить
 Как создается международная коллаборация для
создания и проведения большого эксперимента
 Основные этапы и сколько времени займет
эксперимент
 Что коллаборация SHIP ожидает от Яндекс ?
 доклад Андрея Устюжаниниа
Научное сотрудничество между SHIP
и ШАД Яндекс
2

3. Стандартная Модель
3

4. Discovery of the Higgs boson
4

5. Discovery of the Higgs boson
By now we can establish it with a single decay channel!
e.g. H  ZZ  4l
5

6. 6

7. Физика частиц детально объясняет как все многообразие наблюдаемой
сегодня Вселенной развилось из плотного и горячего начального
состояния
7

8. Однако Стандартная Модель неполна
 Нейтрино, которые считались
безмассовыми в СМ, имеют массу и
могут менять свой тип
 Большая часть массы Вселенной не
состоит из известных элементарных
частиц - темная материя
 Во Вселенной отсутствует анти-
материя
8

9. Стандартная Модель сегодня:
9

10. Массивные нейтрино
Добавление в теорию трех новых фундаментальных частиц, Майорановских
тяжелых лептонов, может решить все проблемы Стандартной Модели
(nMSM) :
N1 – темная материя
N2,3 – нужны для объяснения ненулевой массы нейтрино и отсутствия анти-
материи во Вселенной
• Ахмедов, Безруков, Боярский, Горбунов, Рубаков, Ручайский, Смирнов, Ткачев,
Шапошников, ...
• Asaka, Dodelson, Fuller, Laine, Widrow, ...
10

11. Сигнал от распада темной материи
Тонкая спектральная линия
11

12. Космический рентгеновский спектрометр –
эксперимент, способный открыть новую
страницу в развитии фундаментальной физики
•Спектральное разрешение: DE / E ~ 0.1%
•Диапазон энергий : 0.5 - 25 keV 12
Запуск запланирован
в 2015 г.

13. 1313
Two recent publications in
arXiv:
• arXiv 1402.2301
Detection of an unidentified
emission line in the stacked
X-ray spectrum of Galaxy Clusters,
Eg ~ 3.56 keV
• arXiv 1402.4119
An unidentified line in X-ray
spectra of the Andromeda
galaxy and Perseus galaxy
cluster, Eg ~ 3.5 keV
New line in photon galaxy spectrum ???
Will soon be checked by
Astro-H with better energy
resolution

14.  С помощью протонных и электронных пучков высокой
интенсивности можно детектировать стерильные нейтрино
с массами в диапазоне от нескольких МэВ до нескольких
десятков ГэВ
 Обнаружение таких частиц может дать прямую проверку и
объяснение происхождения асимметрии между материей и анти-
материей во Вселенной, а также нейтринных осцилляций
 Комбинация результатов экспериментов на ускорителях частиц
и в космосе способна обеспечить полную проверку новой модели
фундаментальной физики nMSM
Поиск редких частиц на ускорителях
14

15. 15
Search for BSM physics: how and where ?
(BSM stands for Beyond the Standard Model)

16. Ускорительный комплекс ЦЕРНа
16

17. North Area site at CERN / Prevessin
17

18. 18

19. Схема эксперимента SHIP
Initial reduction of beam induced backgrounds
- Heavy target (50 cm of W)
- Hadron absorber
- Muon shield: optimization of
active and passive shields is
underway
Acceptable occupancy <1% per spill
of 5×1013 p.o.t.
spill duration 1s  < 50×106 muons
spill duration 10ms  < 50×103 muons
spill duration 10ms  < 500 muons
19

20. Схематический вид детектора SHIP
20
HNL
p+
m-
• Long vacuum vessel, 5 m diameter, 50 m length
Background from active neutrino interactions
becomes negligible at 0.01 mbar
• 10 m long magnetic spectrometer with 0.5 Tm
dipole magnet and 4 low material tracking chambers 20
• Reconstruction of the HNL decays in the final states: m-p+, m-r+ & e- p+
Requires long decay volume, magnetic spectrometer, muon detector
and electromagnetic calorimeter, preferably in surface building

21. Основные принципы идентификации частиц
21

22. Sensitivity to HNL: Um
U2 = Ue
2 + Um
2 + Ut
2
22

23. Status of the SPSC review
23

24. 7/ 1/ 14 10:18 AMSHIP Collaboration
SHIP - Search for HIdden Particles
CERN, Universität Zürich, EPFL Lausanne, INFN Cagliari,
Università Federico II and INFN Napoli, Imperial College London
Experiment to search for Heavy Neutral Leptons at the SPS
We propose a new fixed-target experiment at the CERN SPS accelerator to search for hidden particles. In particular, to search for Heavy Neutral Leptons
(HNLs) produced in charm decays. HNLs are right-handed partners of the Standard Model neutrinos. The existence of such particles is strongly motivated
by theory, as they can simultaneously explain the baryon asymmetry of the Universe, account for the pattern of neutrino masses and oscillations, and
provide a Dark Matter candidate.
SHIP is currently a collaboration of six institutes: CERN, Universität Zürich, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, INFN Sezione di Cagliari,
Università Federico II and INFN Napoli, Imperial College London. Groups interested in joining should contact Andrey Golutvin and Jaap Panman. The
extension of the collaboration will be discussed at the First SHIP Workshop which will take place in Zürich, 10-12 June 2014.
Expression of interest
ship.web.cern.ch/ship
24

25. 25
Предложения об участии в коллаборации SHIP поступили от 41 группы из 15 стран,
включая ЦЕРН и институты из России, Швейцарии, Великобритании, Италии, Франции,
Германии, Голландии, Швеции, Дании, Болгарии, Турции, Японии, Чили, Бразилии, США
и Школы Анализа Данных Яндекс.

26. 26
Planning schedule of the SHIP facility
A few milestones:
 Form SHIP collaboration  June-September 2014
 Technical proposal  2015
 Technical Design Report  2018
 Construction and installation  2018 – 2022
 Commissioning  2022 - 2023
 Data taking and analysis of 2×1020 pot  2023 - 2027

27. Scope of the Technical Proposal
 Widen physics case both for the BSM and SM physics
 Provide Conceptual Design Report (few options per sub-detector
is ok at this stage)
 Detailed analysis of the sub-detector technologies complemented,
if really needed, with some RD studies of prototypes.
No large scale detector modules is expected at this stage. It is
however important to identify critical RD milestones for the TDR
 A concept of Computing Model (с использованием технологий Яндекс ?)
 Full simulation based sensitivity reach and background
evaluation for representative physics channels
 Provide cost evaluation of the detector
 Reach internal understanding who will do what for the Technical
Design Report
27

28. Какая помощь ожидается от ШАД Яндекс:
 You are very welcome to help with the development
of the computing model (as well as in some other
areas …)
 Main challenges and details of the model are to
be understood
 Framework for the Monte Carlo simulation is very
urgent to be prepared  Technical Proposal has
to be submitted in March 2015
 Computing resources for MC simulations needed for
the background evaluation. This is also very urgent !
28
Вместо заключения …